BMS應(yīng)用傳感器：BMS和電流傳感器在新能源汽車(chē)電池管理上的應(yīng)用

　　日前，特斯拉汽車(chē)自燃事件引起了人們的廣大關(guān)注，人們對(duì)特斯拉汽車(chē)的強(qiáng)烈譴責(zé)甚至引起馬斯克的憤怒回應(yīng)，他曾經(jīng)在推特上表示：“媒體對(duì)特斯拉自燃事件的報(bào)道有過(guò)分渲染之嫌，每年數(shù)千起燃油車(chē)自燃致死事件視而不見(jiàn)，卻對(duì)一次沒(méi)有人員傷亡的特斯拉車(chē)輛自燃事件采用雙重標(biāo)準(zhǔn)?！?br/>　　其實(shí)此次事件之所以會(huì)引起這么大的關(guān)注，主要原因在于此次汽車(chē)自燃時(shí)停在停車(chē)場(chǎng)，期間沒(méi)有任何充電，但就是這樣離奇自燃，而燃燒過(guò)程中還曾出現(xiàn)過(guò)三度爆炸，因此此次自燃才會(huì)引起廣大民眾對(duì)新能源汽車(chē)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(chē)庫(kù)突然自燃，火勢(shì)還殃及周邊停泊的其他車(chē)輛，這一場(chǎng)火災(zāi)，消防隊(duì)花了40分鐘才把大火撲滅
 快速充電背后的自燃隱患
　　后經(jīng)相關(guān)部門(mén)初步判定，此次自燃是電池短路問(wèn)題，業(yè)內(nèi)專家表示，此次特斯拉自燃可能與之前快速高速充電相關(guān)，其電池管理系統(tǒng)或許還不夠完善。
　　一般來(lái)說(shuō)，大家都希望電動(dòng)汽車(chē)充電的過(guò)程能少花點(diǎn)時(shí)間，快速充電滿足了大家的需求。
　　快充技術(shù)主要分為高電壓及高電流兩類，但高電壓比較危險(xiǎn)，所以現(xiàn)在的汽車(chē)快充都為高電流技術(shù)。
資料圖 快充充電樁
　　比如特斯拉推出的二代超級(jí)充電樁，充電效率在120~145千瓦左右。用這種電樁充電時(shí)，電流大小往往在300安培以上，如此大的電流需要一套強(qiáng)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(guò)程中還容易出現(xiàn)短路、過(guò)載、電阻過(guò)大、部件高溫的問(wèn)題也有可能引發(fā)自燃事故。
　　其實(shí)一輛電動(dòng)汽車(chē)的充電過(guò)程有三個(gè)關(guān)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(huì)導(dǎo)致自燃現(xiàn)象。
資料圖 新能源汽車(chē)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(shí)，通過(guò)傳感器識(shí)別電池狀態(tài)，然后由BMS給出一個(gè)合理的充電方案。如果BMS設(shè)計(jì)要求低，汽車(chē)在充電過(guò)程出現(xiàn)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(hào)，還在肆無(wú)忌憚的充電，這樣就會(huì)使得電池過(guò)熱。那如果是私拉電線，導(dǎo)致電池與相匹配的電壓不符，造成過(guò)熱現(xiàn)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(dòng)汽車(chē)、電瓶車(chē)、機(jī)器人、無(wú)人機(jī)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(xiàn)過(guò)充電和過(guò)放電，延長(zhǎng)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(lái)說(shuō)，電池管理系統(tǒng)主要有以下三個(gè)功能：首先，準(zhǔn)確估測(cè)動(dòng)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(nèi)，防止由于過(guò)充電或過(guò)放電對(duì)電池造成損傷，并隨時(shí)顯示混合動(dòng)力汽車(chē)儲(chǔ)能電池的剩余能量，即儲(chǔ)能電池的荷電狀態(tài)。
　　其次，BMS還可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的功能。在電池充放電過(guò)程中，實(shí)時(shí)采集電動(dòng)汽車(chē)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(guò)充電或過(guò)放電現(xiàn)象。同時(shí)能夠及時(shí)給出電池狀況，挑選出有問(wèn)題的電池，保持整組電池運(yùn)行的可靠性和高效性，使剩余電量估計(jì)模型的實(shí)現(xiàn)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(gè)電池都達(dá)到均衡一致的狀態(tài)。均衡技術(shù)是目前世界正在致力研究與開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)電池能量管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。
　　總的來(lái)說(shuō)，電動(dòng)汽車(chē)電池管理系統(tǒng)(BMS)是連接車(chē)載動(dòng)力電池和電動(dòng)汽車(chē)的重要紐帶，它將電池或電池組的監(jiān)測(cè)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(dòng)力。
　　電流傳感器可檢測(cè)BMS系統(tǒng)中的充放電電流
　　而在新能源應(yīng)用的汽車(chē)領(lǐng)域，電流傳感器能夠?qū)ζ?chē)蓄電池，以及混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力電池組，進(jìn)行精確的電池管理。例如，可以利用電磁感應(yīng)原理的開(kāi)環(huán)電流傳感器,在隔離條件下，對(duì)交流電流信號(hào)過(guò)流進(jìn)行保護(hù)，從而方便實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量輸出。
電流傳感器及布置
　　電流傳感器可以用在純電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池上，用以連接到BMS系統(tǒng)上，檢測(cè)充放電的電流，提高汽車(chē)電池的使用效率。
　　由于電流傳感器對(duì)直流、交流或脈沖電流進(jìn)行電隔離測(cè)量，具有良好的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。因而，在電池充放電過(guò)程中，BMS系統(tǒng)可以通過(guò)利用電流傳感器，實(shí)時(shí)采集電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)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(guò)充電或過(guò)放電現(xiàn)象。
　　此外，依靠電流傳感器，BMS系統(tǒng)級(jí)還能檢測(cè)電池用電及時(shí)給出電池狀況，有效杜絕出現(xiàn)電池漏液、絕緣受損以及局部短路的情況，進(jìn)而挑選出有問(wèn)題的電池，保持整組電池運(yùn)行的可靠性和高效性。
 

BMS應(yīng)用傳感器：干貨 ｜ 帶你了解電動(dòng)汽車(chē) BMS 常用電流傳感器

EEWORLD

在一般低壓消費(fèi)類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)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(jìn)行放大，運(yùn)用差分比例放大，后經(jīng)過(guò)單片機(jī)采樣進(jìn)行處理計(jì)算電流處理。原來(lái)做射頻類的標(biāo)簽和讀卡器時(shí)，由于需要低功耗，加上一般這類設(shè)備需要的電壓都很低，所以元件都是超小的貼片。電動(dòng)汽車(chē)的bms測(cè)動(dòng)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(cè)電流，可以通過(guò)的這兩種方式實(shí)現(xiàn)——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(guò)圖1中，可以知道，分流器測(cè)電壓是根據(jù)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(lái)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(jì)算方法，這里為了表達(dá)清楚直接用國(guó)外公司設(shè)計(jì)的BMS產(chǎn)品中給出的主控芯片如何計(jì)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(jì)算就不給出來(lái)了。對(duì)于分流器最后再來(lái)看看它長(zhǎng)什么樣吧。如圖3所示。

圖3 分流器實(shí)物圖

通過(guò)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?yàn)榛魻杺鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)上更易于安裝，能夠提供高額定電流的測(cè)試，同時(shí)，不產(chǎn)生熱量。因?yàn)榉至髌鬟€是基于歐姆定律，電流流過(guò)電阻根據(jù)I*I*R,可以知道電阻上會(huì)產(chǎn)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(jì)算電流，具體公式見(jiàn)圖5。

圖5 閉環(huán)傳感器結(jié)構(gòu)及公式

圖5還比較復(fù)雜，實(shí)際上真正用到的霍爾傳感器一般電壓都是-15v~+15v之間的，結(jié)構(gòu)如下圖6所示。

圖6 霍爾傳感器的接線示意圖

通過(guò)圖5和圖6，應(yīng)該很容易清楚那個(gè)測(cè)量電流IP怎么算吧，這個(gè)太簡(jiǎn)單了，不再詳述了。最后看下本人用在電動(dòng)汽車(chē)上測(cè)電流強(qiáng)度的霍爾傳感器的長(zhǎng)相吧，見(jiàn)圖7

圖7 霍爾傳感器

寫(xiě)了這么多希望能給大家介紹清楚了。哪里有些的不妥的，請(qǐng)多多指教。

BMS應(yīng)用傳感器：電動(dòng)汽車(chē)bms常用電流傳感器介紹

電動(dòng)汽車(chē)bms常用電流傳感器介紹
[復(fù)制鏈接]

本帖最后由 alan 于 2018-7-13 14:48 編輯
  在一般低壓消費(fèi)類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)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(jìn)行放大，運(yùn)用差分比例放大，后經(jīng)過(guò)單片機(jī)采樣進(jìn)行處理計(jì)算電流處理。原來(lái)做射頻類的標(biāo)簽和讀卡器時(shí)，由于需要低功耗，加上一般這類設(shè)備需要的電壓都很低，所以元件都是超小的貼片。電動(dòng)汽車(chē)的bms測(cè)動(dòng)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(cè)電流，可以通過(guò)的這兩種方式實(shí)現(xiàn)——分流和磁性的示意圖，如圖1。

EV2.png (1.32 MB, 下載次數(shù): 1)
下載附件
保存到相冊(cè)
2018-7-13 11:32 上傳
圖1 電流采集方法分流和磁性的示意圖

通過(guò)圖1中，可以知道，分流器測(cè)電壓是根據(jù)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(lái)具體看一下分流器接在電路中的位置，如圖2所示。
2.png (46.78 KB, 下載次數(shù): 0)
下載附件
保存到相冊(cè)
2018-7-13 11:48 上傳

圖2 分流器在電路中的連接
 具體計(jì)算方法，這里為了表達(dá)清楚直接用國(guó)外公司設(shè)計(jì)的BMS產(chǎn)品中給出的主控芯片如何計(jì)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:
QQ截圖.png (9.79 KB, 下載次數(shù): 0)
下載附件
保存到相冊(cè)
2018-7-13 11:56 上傳
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(jì)算就不給出來(lái)了。對(duì)于分流器最后再來(lái)看看它長(zhǎng)什么樣吧。如圖3所示。
QQ截圖.png (64.08 KB, 下載次數(shù): 0)
下載附件
保存到相冊(cè)
2018-7-13 13:18 上傳
圖3 分流器實(shí)物圖
  通過(guò)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?yàn)榛魻杺鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)上更易于安裝，能夠提供高額定電流的測(cè)試，同時(shí)，不產(chǎn)生熱量。因?yàn)榉至髌鬟€是基于歐姆定律，電流流過(guò)電阻根據(jù)I*I*R,可以知道電阻上會(huì)產(chǎn)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。
QQ截圖.png (16.18 KB, 下載次數(shù): 0)
下載附件
保存到相冊(cè)
2018-7-13 14:13 上傳
圖4 霍爾傳感器在電路中的位置
再看一下如何計(jì)算電流，具體公式見(jiàn)圖5。
QQ截圖.png (99.43 KB, 下載次數(shù): 0)
下載附件
保存到相冊(cè)
2018-7-13 14:16 上傳
圖5  閉環(huán)傳感器結(jié)構(gòu)及公式
  圖5還比較復(fù)雜，實(shí)際上真正用到的霍爾傳感器一般電壓都是-15v~+15v之間的，結(jié)構(gòu)如下圖6所示。
QQ截圖.png (27.87 KB, 下載次數(shù): 0)
下載附件
保存到相冊(cè)
2018-7-13 14:20 上傳
圖6 霍爾傳感器的接線示意圖
  通過(guò)圖5和圖6，應(yīng)該很容易清楚那個(gè)測(cè)量電流IP怎么算吧，這個(gè)太簡(jiǎn)單了，不再詳述了。最后看下本人用在電動(dòng)汽車(chē)上測(cè)電流強(qiáng)度的霍爾傳感器的長(zhǎng)相吧，見(jiàn)圖7.

QQ截圖.png (206.4 KB, 下載次數(shù): 1)
下載附件
保存到相冊(cè)
2018-7-13 14:25 上傳
圖7 霍爾傳感器
寫(xiě)了這么多希望能給大家介紹清楚了。哪里有些的不妥的，請(qǐng)多多指教。
此內(nèi)容由EEWORLD論壇網(wǎng)友a(bǔ)lan原創(chuàng)，如需轉(zhuǎn)載或用于商業(yè)用途需征得作者同意并注明出處
此帖出自汽車(chē)電子論壇

BMS應(yīng)用傳感器：電流傳感器ACS724應(yīng)用于BMS檢測(cè)電池管理系統(tǒng)的充放電電流

在新興能源應(yīng)用的汽車(chē)領(lǐng)域，電流傳感器能夠?qū)ζ?chē)蓄電池，以及混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力電池組，進(jìn)行精確的電池管理。例如，可以利用電磁感應(yīng)原理的開(kāi)環(huán)電流傳感器,在隔離條件下，對(duì)交流電流信號(hào)過(guò)流進(jìn)行保護(hù),從而方便實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量輸出。
未來(lái)的電動(dòng)車(chē)，將以鋰電池為主要?jiǎng)恿︱?qū)動(dòng)來(lái)源，主要原因在于鋰電池有高能量密度優(yōu)勢(shì)，所以性能較為穩(wěn)定。但鋰電池大量生產(chǎn)時(shí)品質(zhì)不易掌握，電池芯出廠時(shí)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(guò)充或過(guò)放等情況，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致起火燃燒等安全問(wèn)題。
因此，透過(guò)電池管理系統(tǒng)，即BMS系統(tǒng)，可以準(zhǔn)確量測(cè)電池組使用狀況，保護(hù)電池不至于過(guò)度充放電。BMS，常被稱為新能源汽車(chē)電池的“大腦”，是新能源汽車(chē)的三大核心技術(shù)之一。同時(shí)，作為連接車(chē)載動(dòng)力電池和電動(dòng)汽車(chē)的重要紐帶，BMS系統(tǒng)的主要功能包括：電池物理參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；電池狀態(tài)估計(jì)；在線診斷與預(yù)警；充、放電與預(yù)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(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池上,用以連接到BMS系統(tǒng)上，檢測(cè)充放電的電流，提高汽車(chē)電池的使用效率。

ACS724：汽車(chē)級(jí)電流隔離電流傳感器 IC 采用共模場(chǎng)抑制技術(shù)和小型 SOIC8 封裝
Allegro? ACS724 電流傳感器 IC
是工業(yè)、汽車(chē)業(yè)、商業(yè)和通信系統(tǒng)交直流傳感的精確經(jīng)濟(jì)的解決方案。小型封裝非常適合空間狹小的應(yīng)用，由于減少了電路板的面積，還降低了成本。典型應(yīng)用領(lǐng)域包括電動(dòng)機(jī)控制、載荷檢測(cè)和管理、開(kāi)關(guān)式電源和過(guò)電流故障保護(hù)。
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(shè)有銅傳導(dǎo)通路。通過(guò)該銅傳導(dǎo)通路的應(yīng)用電流能夠生成可被集成霍爾 IC
感應(yīng)并轉(zhuǎn)化為成比例電壓的磁場(chǎng)。電流以差分形式感測(cè)，以便抑制共模場(chǎng)，提高在磁噪聲環(huán)境下的測(cè)量精度。通過(guò)磁場(chǎng)與霍爾傳感器的靠近來(lái)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(jīng)過(guò)精確度編程。通過(guò)一次銅導(dǎo)體路徑（從引腳 1 和 2 至引腳 3
和 4）的電流增加時(shí)，該器件的輸出具有正斜率，該路徑用于電流感測(cè)。該傳導(dǎo)路徑的常規(guī)內(nèi)電阻為
1.2mΩ，具有較低的功率損耗。
傳導(dǎo)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(yīng)用場(chǎng)合使用 ACS724
電流傳感器，而且無(wú)需使用高電平側(cè)差分放大器或其他昂貴的隔離技術(shù)。
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(biāo)準(zhǔn)無(wú)鉛（Pb）印刷電路板裝配流程兼容。該器件的內(nèi)部無(wú)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(chǎn)品。該器件在工廠裝運(yùn)前，經(jīng)過(guò)充分校準(zhǔn)。
mage to view larger

特色和優(yōu)點(diǎn)：
?
  差分霍爾傳感抑制共模場(chǎng)
?
  1.2 mΩ 一次導(dǎo)體，功率損失低，耐沖擊電流容量大。
?
  集成屏蔽實(shí)際上消除了從電流導(dǎo)體至晶片的電容耦合，顯著抑制了高 dv/dt
瞬變導(dǎo)致的輸出噪聲
?

憑借專有放大器和過(guò)濾器設(shè)計(jì)技術(shù)，該器件具有業(yè)界領(lǐng)先的噪聲性能，并且?guī)捯诧@著改善
?
  高帶寬 120 kHz 模擬輸出縮短了控制應(yīng)用中的響應(yīng)時(shí)間。
?
  濾波器引腳允許用戶以更低的帶寬過(guò)濾輸出信號(hào)，以提高分辨率
?

利用專利集成數(shù)字溫度補(bǔ)償電路，您可以在開(kāi)環(huán)傳感器中獲得近似閉環(huán)的溫度測(cè)量精確度。
?
  小型扁平 SOIC8 封裝適合空間狹小應(yīng)用
?
  過(guò)濾器引腳簡(jiǎn)化了帶寬限制，可以在較低的頻率獲得更好的分辨率。
?
  5 伏特，單電源操作
?
  與交直流電流成正比的輸出電壓
?
  出廠時(shí)校準(zhǔn)靈敏度和靜態(tài)輸出電壓實(shí)現(xiàn)更高精確度
?
  穩(wěn)定斬波實(shí)現(xiàn)極度穩(wěn)定的靜態(tài)輸出電壓
?
  近零的磁滯
?
  電源電壓的成比例輸出
0 至 50 A 整合式導(dǎo)體傳感器 IC
Allegro 通過(guò)倒裝芯片技術(shù)開(kāi)發(fā)專有封裝，為電流感應(yīng)提供獨(dú)特的解決方案。 該技術(shù)以小型封裝設(shè)計(jì)提供出色的磁性耦合和高達(dá) 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(yīng)電阻器運(yùn)算放大器或大型電流變換器配置中 PCB 面積。
低電阻內(nèi)部導(dǎo)體可感應(yīng)高達(dá) 50 安培的連續(xù)電流。 Allegro 完全集成的電流傳感器 IC
下線時(shí)已經(jīng)過(guò)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(cè)可以選擇ACS758