BMS應用傳感器：BMS和電流傳感器在新能源汽車電池管理上的應用

　　日前，特斯拉汽車自燃事件引起了人們的廣大關注，人們對特斯拉汽車的強烈譴責甚至引起馬斯克的憤怒回應，他曾經在推特上表示：“媒體對特斯拉自燃事件的報道有過分渲染之嫌，每年數千起燃油車自燃致死事件視而不見，卻對一次沒有人員傷亡的特斯拉車輛自燃事件采用雙重標準?！?br/>　　其實此次事件之所以會引起這么大的關注，主要原因在于此次汽車自燃時停在停車場，期間沒有任何充電，但就是這樣離奇自燃，而燃燒過程中還曾出現過三度爆炸，因此此次自燃才會引起廣大民眾對新能源汽車的恐慌。
資料圖 4月21日晚間，特斯拉Model S在上海某小區(qū)車庫突然自燃，火勢還殃及周邊停泊的其他車輛，這一場火災，消防隊花了40分鐘才把大火撲滅
 快速充電背后的自燃隱患
　　后經相關部門初步判定，此次自燃是電池短路問題，業(yè)內專家表示，此次特斯拉自燃可能與之前快速高速充電相關，其電池管理系統(tǒng)或許還不夠完善。
　　一般來說，大家都希望電動汽車充電的過程能少花點時間，快速充電滿足了大家的需求。
　　快充技術主要分為高電壓及高電流兩類，但高電壓比較危險，所以現在的汽車快充都為高電流技術。
資料圖 快充充電樁
　　比如特斯拉推出的二代超級充電樁，充電效率在120~145千瓦左右。用這種電樁充電時，電流大小往往在300安培以上，如此大的電流需要一套強大的散熱系統(tǒng)控制溫度，否則很容易引起自燃。
　　另外，充電過程中還容易出現短路、過載、電阻過大、部件高溫的問題也有可能引發(fā)自燃事故。
　　其實一輛電動汽車的充電過程有三個關鍵角色：電芯、BMS電池管理系統(tǒng)、傳感器，這三者之間要是能完美配合，那么充電狀態(tài)下的安全就更有保障，否則就有可能會導致自燃現象。
資料圖 新能源汽車電池管理系統(tǒng)
　　BMS電池管理系統(tǒng)在三者之間起到很重要的作用，充電時，通過傳感器識別電池狀態(tài)，然后由BMS給出一個合理的充電方案。如果BMS設計要求低，汽車在充電過程出現了異常，電池充電系統(tǒng)有可能不發(fā)出停止充電的輸入信號，還在肆無忌憚的充電，這樣就會使得電池過熱。那如果是私拉電線，導致電池與相匹配的電壓不符，造成過熱現象，釀成自燃的可能性的確很大。
　　BMS電池管理系統(tǒng)：電池與用戶的紐帶
　　電池管理系統(tǒng)（BATTERY MANAGEMENT SYSTEM）是電池與用戶之間的紐帶，可用于電動汽車、電瓶車、機器人、無人機等。
　　BMS最主要的功能，就是能夠提高電池的利用率，防止電池出現過充電和過放電，延長電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)。
資料圖 某類BMS系統(tǒng)的控制主板外觀圖
　　具體來說，電池管理系統(tǒng)主要有以下三個功能：首先，準確估測動力電池組的荷電狀態(tài)，即電池剩余電量，保證SOC維持在合理的范圍內，防止由于過充電或過放電對電池造成損傷，并隨時顯示混合動力汽車儲能電池的剩余能量，即儲能電池的荷電狀態(tài)。
　　其次，BMS還可以實現動態(tài)監(jiān)測的功能。在電池充放電過程中，實時采集電動汽車蓄電池組中的每塊電池的端電壓和溫度、充放電電流及電池包總電壓，防止電池發(fā)生過充電或過放電現象。同時能夠及時給出電池狀況，挑選出有問題的電池，保持整組電池運行的可靠性和高效性，使剩余電量估計模型的實現成為可能。
　　第三，保證電池間的均衡，即為單體電池均衡充電，使電池組中各個電池都達到均衡一致的狀態(tài)。均衡技術是目前世界正在致力研究與開發(fā)的一項電池能量管理系統(tǒng)的關鍵技術。
　　總的來說，電動汽車電池管理系統(tǒng)(BMS)是連接車載動力電池和電動汽車的重要紐帶，它將電池或電池組的監(jiān)測及管理集于一體，從而確保電池或者電池組的安全可靠，并以最佳狀態(tài)輸出動力。
　　電流傳感器可檢測BMS系統(tǒng)中的充放電電流
　　而在新能源應用的汽車領域，電流傳感器能夠對汽車蓄電池，以及混合動力汽車動力電池組，進行精確的電池管理。例如，可以利用電磁感應原理的開環(huán)電流傳感器,在隔離條件下，對交流電流信號過流進行保護，從而方便實現開關量輸出。
電流傳感器及布置
　　電流傳感器可以用在純電動汽車的動力電池上，用以連接到BMS系統(tǒng)上，檢測充放電的電流，提高汽車電池的使用效率。
　　由于電流傳感器對直流、交流或脈沖電流進行電隔離測量，具有良好的準確度和穩(wěn)定性。因而，在電池充放電過程中，BMS系統(tǒng)可以通過利用電流傳感器，實時采集電動汽車的動力電池組中每塊電池的端電壓和溫度，充放電電流及電池包總電壓，防止電池發(fā)生過充電或過放電現象。
　　此外，依靠電流傳感器，BMS系統(tǒng)級還能檢測電池用電及時給出電池狀況，有效杜絕出現電池漏液、絕緣受損以及局部短路的情況，進而挑選出有問題的電池，保持整組電池運行的可靠性和高效性。
 

BMS應用傳感器：干貨 ｜ 帶你了解電動汽車 BMS 常用電流傳感器

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在一般低壓消費類產品的設計中，電流采樣一般都用小的精密電阻，通用采集電壓后，小電壓進行放大，運用差分比例放大，后經過單片機采樣進行處理計算電流處理。原來做射頻類的標簽和讀卡器時，由于需要低功耗，加上一般這類設備需要的電壓都很低，所以元件都是超小的貼片。電動汽車的bms測動力電池阻的電流一般采用分流器或者霍爾傳感器。電流傳感器測電流，可以通過的這兩種方式實現——分流和磁性的示意圖，如圖1。

圖1 電流采集方法分流和磁性的示意圖

通過圖1中，可以知道，分流器測電壓是根據歐姆定律（Ohm's Law）I=U/R，如果已知電壓和電阻，電流就可以知了，下面來具體看一下分流器接在電路中的位置，如圖2所示。

圖2 分流器在電路中的連接

具體計算方法，這里為了表達清楚直接用國外公司設計的BMS產品中給出的主控芯片如何計算的原文。

Current is calculated by the voltage drop at the shunt resistor. 1 LSB of the 18 bit ADC represents different currentvalues according to the shunt resistance. The LSB coefficient can be calculated as:

where the Vdropx represents the voltage drop on different shunt resistor at current Icurrentx.ADC has a pre-set gain of 8, with a maximum input voltage difference of 0.256 V.

做程序的朋友都清楚LSB,所以KLSB,如何計算就不給出來了。對于分流器最后再來看看它長什么樣吧。如圖3所示。

圖3 分流器實物圖

通過圖1從安培定律和法拉第定律（Ampere & Faraday's laws）出發(fā)霍爾傳感器用的更多些，主要是因為霍爾傳感器結構上更易于安裝，能夠提供高額定電流的測試，同時，不產生熱量。因為分流器還是基于歐姆定律，電流流過電阻根據I*I*R,可以知道電阻上會產熱的。

如圖4所示，給出了霍爾傳感器在電池管理系統(tǒng)BMS中的位置。

圖4 霍爾傳感器在電路中的位置

再看一下如何計算電流，具體公式見圖5。

圖5 閉環(huán)傳感器結構及公式

圖5還比較復雜，實際上真正用到的霍爾傳感器一般電壓都是-15v~+15v之間的，結構如下圖6所示。

圖6 霍爾傳感器的接線示意圖

通過圖5和圖6，應該很容易清楚那個測量電流IP怎么算吧，這個太簡單了，不再詳述了。最后看下本人用在電動汽車上測電流強度的霍爾傳感器的長相吧，見圖7

圖7 霍爾傳感器

寫了這么多希望能給大家介紹清楚了。哪里有些的不妥的，請多多指教。

BMS應用傳感器：電動汽車bms常用電流傳感器介紹

電動汽車bms常用電流傳感器介紹
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本帖最后由 alan 于 2018-7-13 14:48 編輯
  在一般低壓消費類產品的設計中，電流采樣一般都用小的精密電阻，通用采集電壓后，小電壓進行放大，運用差分比例放大，后經過單片機采樣進行處理計算電流處理。原來做射頻類的標簽和讀卡器時，由于需要低功耗，加上一般這類設備需要的電壓都很低，所以元件都是超小的貼片。電動汽車的bms測動力電池阻的電流一般采用分流器或者霍爾傳感器。電流傳感器測電流，可以通過的這兩種方式實現——分流和磁性的示意圖，如圖1。

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圖1 電流采集方法分流和磁性的示意圖

通過圖1中，可以知道，分流器測電壓是根據歐姆定律（Ohm's Law）I=U/R，如果已知電壓和電阻，電流就可以知了，下面來具體看一下分流器接在電路中的位置，如圖2所示。
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圖2 分流器在電路中的連接
 具體計算方法，這里為了表達清楚直接用國外公司設計的BMS產品中給出的主控芯片如何計算的原文。
Current is calculated by the voltage drop at the shunt resistor. 1 LSB of the 18 bit ADC represents different currentvalues according to the shunt resistance. The LSB coefficient can be calculated as:
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where the Vdropx represents the voltage drop on different shunt resistor at current Icurrentx.ADC has a pre-set gain of 8, with a maximum input voltage difference of 0.256 V.
做程序的朋友都清楚LSB,所以KLSB,如何計算就不給出來了。對于分流器最后再來看看它長什么樣吧。如圖3所示。
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圖3 分流器實物圖
  通過圖1從安培定律和法拉第定律（Ampere & Faraday's laws）出發(fā)霍爾傳感器用的更多些，主要是因為霍爾傳感器結構上更易于安裝，能夠提供高額定電流的測試，同時，不產生熱量。因為分流器還是基于歐姆定律，電流流過電阻根據I*I*R,可以知道電阻上會產熱的。       如圖4所示，給出了霍爾傳感器在電池管理系統(tǒng)BMS中的位置。
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圖4 霍爾傳感器在電路中的位置
再看一下如何計算電流，具體公式見圖5。
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圖5  閉環(huán)傳感器結構及公式
  圖5還比較復雜，實際上真正用到的霍爾傳感器一般電壓都是-15v~+15v之間的，結構如下圖6所示。
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圖6 霍爾傳感器的接線示意圖
  通過圖5和圖6，應該很容易清楚那個測量電流IP怎么算吧，這個太簡單了，不再詳述了。最后看下本人用在電動汽車上測電流強度的霍爾傳感器的長相吧，見圖7.

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圖7 霍爾傳感器
寫了這么多希望能給大家介紹清楚了。哪里有些的不妥的，請多多指教。
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BMS應用傳感器：電流傳感器ACS724應用于BMS檢測電池管理系統(tǒng)的充放電電流

在新興能源應用的汽車領域，電流傳感器能夠對汽車蓄電池，以及混合動力汽車動力電池組，進行精確的電池管理。例如，可以利用電磁感應原理的開環(huán)電流傳感器,在隔離條件下，對交流電流信號過流進行保護,從而方便實現開關量輸出。
未來的電動車，將以鋰電池為主要動力驅動來源，主要原因在于鋰電池有高能量密度優(yōu)勢，所以性能較為穩(wěn)定。但鋰電池大量生產時品質不易掌握，電池芯出廠時電量即存在些微差異，且隨著操作環(huán)境、老化等因素，電池間不一致性將愈趨明顯，電池效率、壽命也都將變差，再加上過充或過放等情況，嚴重時可能導致起火燃燒等安全問題。
因此，透過電池管理系統(tǒng)，即BMS系統(tǒng)，可以準確量測電池組使用狀況，保護電池不至于過度充放電。BMS，常被稱為新能源汽車電池的“大腦”，是新能源汽車的三大核心技術之一。同時，作為連接車載動力電池和電動汽車的重要紐帶，BMS系統(tǒng)的主要功能包括：電池物理參數實時監(jiān)測；電池狀態(tài)估計；在線診斷與預警；充、放電與預充控制；均衡管理和熱管理等。
電流傳感器ACS724LLC可以用在純電動汽車的動力電池上,用以連接到BMS系統(tǒng)上，檢測充放電的電流，提高汽車電池的使用效率。

ACS724：汽車級電流隔離電流傳感器 IC 采用共模場抑制技術和小型 SOIC8 封裝
Allegro? ACS724 電流傳感器 IC
是工業(yè)、汽車業(yè)、商業(yè)和通信系統(tǒng)交直流傳感的精確經濟的解決方案。小型封裝非常適合空間狹小的應用，由于減少了電路板的面積，還降低了成本。典型應用領域包括電動機控制、載荷檢測和管理、開關式電源和過電流故障保護。
該器件具有精確的、低偏移線性霍爾傳感器電路，并在晶片表面附近設有銅傳導通路。通過該銅傳導通路的應用電流能夠生成可被集成霍爾 IC
感應并轉化為成比例電壓的磁場。電流以差分形式感測，以便抑制共模場，提高在磁噪聲環(huán)境下的測量精度。通過磁場與霍爾傳感器的靠近來優(yōu)化固有器件精確度。低偏移、斬波穩(wěn)定
BiCMOS 霍爾 IC 提供精確比例電壓，該 IC 在封裝后還要經過精確度編程。通過一次銅導體路徑（從引腳 1 和 2 至引腳 3
和 4）的電流增加時，該器件的輸出具有正斜率，該路徑用于電流感測。該傳導路徑的常規(guī)內電阻為
1.2mΩ，具有較低的功率損耗。
傳導路徑的端子與傳感器引線（引腳 5-8）采用電氣隔離。由此可在高電平電流傳感應用場合使用 ACS724
電流傳感器，而且無需使用高電平側差分放大器或其他昂貴的隔離技術。
ACS724 采用扁平表面的小封裝安裝座 SOIC8。引腳架采用 100％
霧錫電鍍，可與標準無鉛（Pb）印刷電路板裝配流程兼容。該器件的內部無鉛，但倒裝芯片高溫鉛基焊球除外，目前該器件屬于 RoHS
豁免產品。該器件在工廠裝運前，經過充分校準。
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特色和優(yōu)點：
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  差分霍爾傳感抑制共模場
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  1.2 mΩ 一次導體，功率損失低，耐沖擊電流容量大。
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  集成屏蔽實際上消除了從電流導體至晶片的電容耦合，顯著抑制了高 dv/dt
瞬變導致的輸出噪聲
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憑借專有放大器和過濾器設計技術，該器件具有業(yè)界領先的噪聲性能，并且?guī)捯诧@著改善
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  高帶寬 120 kHz 模擬輸出縮短了控制應用中的響應時間。
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  濾波器引腳允許用戶以更低的帶寬過濾輸出信號，以提高分辨率
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利用專利集成數字溫度補償電路，您可以在開環(huán)傳感器中獲得近似閉環(huán)的溫度測量精確度。
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  小型扁平 SOIC8 封裝適合空間狹小應用
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  過濾器引腳簡化了帶寬限制，可以在較低的頻率獲得更好的分辨率。
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  5 伏特，單電源操作
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  與交直流電流成正比的輸出電壓
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  出廠時校準靈敏度和靜態(tài)輸出電壓實現更高精確度
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  穩(wěn)定斬波實現極度穩(wěn)定的靜態(tài)輸出電壓
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  近零的磁滯
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  電源電壓的成比例輸出
0 至 50 A 整合式導體傳感器 IC
Allegro 通過倒裝芯片技術開發(fā)專有封裝，為電流感應提供獨特的解決方案。 該技術以小型封裝設計提供出色的磁性耦合和高達 3000
VRMS 的電流隔離。 該小型低厚度封裝非常適合用于減少感應電阻器運算放大器或大型電流變換器配置中 PCB 面積。
低電阻內部導體可感應高達 50 安培的連續(xù)電流。 Allegro 完全集成的電流傳感器 IC
下線時已經過工廠編程，以最大限度提高器件在各種溫度中的精度，并提供一般為 1% 的輸出誤差。
50-200A的電流檢測可以選擇ACS758