许多便携式电子设备已经使用先进的电池管理系统(BMS)。电动、混合动力和插电式混合动力汽车中的BMS则要复杂许多,特别是在高压电气系统中。具有高共模电压的级联电池组的安全电流隔离是关键的主要功能。
通常来说,为了大型电池组的电池平衡,必须开发全新的电路技术和更精确的检测方法。另一个决定性因素是隔离各种功能块以保护敏感系统免受电池的高能量影响。为此,供应商专门开发了电感组件,比如隔离电源变压器和共模扼流圈,它们显着提高了电池组乃至车辆的安全性和整体功能。
关键方面
在设计电池组时需要考虑两个特别关键的方面:
首先,电池过度充电会导致电池过热。电池单元具有相对较窄的指定温度范围,过多的热量可能会损坏它们甚至导致热失控,从而引起火灾或爆炸。因此必须不惜一切代价防止过热。
其次,将电池放电到某个阈值以下会导致其容量永久性降低,该阈值取决于电池的化学成分或技术,并记录在主要供应商的数据表中,例如Samsung SDI。
控制能量流
与车载充电器配合使用时,BMS必须将电池单元保持在规定的工作范围内,也应保持在过充电和欠充电的灰色区域,以防止发生故障和损坏。在这种情况下,必须遵守充电和放电电流的允许限制,以及充电和放电电压的高低范围。根据相应的拓扑结构,半导体开关控制电流。由于高共模电压,隔离电源变压器通常用在基于低电压的电池单元平衡和监控IC之间,通过菊花链配置保证电池组中的通信连贯。具有高隔离电压的隔离电源变压器,例如来自Pulse的PH9185. XXXNL系列器件可保护控制电路免受高共模电压的影响,该系列器件还能够配置各种传动比。
补偿过电压和欠电压
过电压和欠电压可能会导致电池损坏和老化。为避免这种情况发生,需要沿电池组均匀分配电池电压。为此,BMS测量每个电池单元的电压,通过电池之间的电荷转移或单个电池的简单放电将其调节到总电平。在高于平均电压的电池中,过量电荷会被分配到其它电池。
防止过热
温度传感器连续测量温度,从而确保电池单元保持在指定的温度范围内。如果温度超过临界水平,控制系统则中断充电或放电过程,直到过热电池的温度再次达到安全水平。
特性:
•5000 V rms隔离电压
•600 V rms工作电压
•8 mm空气和爬电距离以及增强隔离
•通过UL和TUV认证,符合AEC-Q200标准
Pulse 的PH9185.XXXNL隔离电源变压器可以保护控制电路免受过多电池电量的影响。
Pulse的PA4334电感组件可快速精确地检测电池电压的变化。
开发人员可以在Pulse找到多种隔离电源变压器产品。
补偿电压
BMS通常执行所谓的库仑计数以确定充电状态(SoC),它确定每个电池单元中剩余的电能量,并通过EMI保护接口将其传输到控制单元。这种可堆叠的架构可以支持大型电池上的数百个电池单元,从而确保所有电池放电均匀且电荷不低于阈值,因为低于阈值可能永久地降低电池总容量或导致深度放电无法进行。另外有一点很重要的是,要注意许多串联连接的电池通过菊花链连接是具有较大的电压电位差的。
这需要组件之间的电流隔离,变压器适用于隔离PCB之间的串联通信连接。在Pulse,借助于广泛的隔离电源变压器,开发人员可以轻易找到能够精确提供所需工作电压、通道数目、封装形状和封装类型的产品型款。例如,HM11/21xxNL系列提供具有不同工作和隔离电压的多种配置,以及一款适合各种用途的变压器。这款隔离电源变压器已获批准,可用于市场上的许多芯片组(Renesas/Intersil, Rohm及其它电池平衡IC供应商)。
控制电流
经过验证的充电算法是恒定电流和恒定电压相位的交替。在BMS中使用高电流电感组件来限制电流的改变率并消除充电电流的纹波,如Pulse的PA434xNL系列就适合此类用途。
物有所值
如果集成正确,这些基于创新磁性电源元件的BMS功能强大,绝对值得开发人员付出额外的努力。因为它们可以高效地评测和控制每个电池单元的性能和稳定性,从而显着延长电池寿命,使得电池系统 ,乃至整个车辆变得更加安全。