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聊一聊BMS上的电池高压采样电路

2021/10/27
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最近天气转凉了,其实晚上睡觉还是挺舒服的;上周家里有事,所以没有时间更新,后面开始恢复正常。

这次聊一聊电池包的总电压检测电路,它是一个比较重要的功能,在技术条件里面也定义了一般的精度要求。

总电压采样的原理基本各个厂家都大同小异:即使用电阻分压方式,再换算成总电压值;也有另一种检测方法:即使用单体电压值进行累加,这个值更加精确,缺点是不能检测继电器外侧的电压。这两种方法一般可能会同时使用,实现冗余检测。

例如MODEL 3上面的总电压采样就使用电阻分压方式。

关于电阻分压采样方案,里面有几个内容可以展开的。

分压电阻的个数主要与电池包的电压大小相关,对于电阻来讲,它有这样几个电压参数(下图来自于KOA官网):额定电压、最大工作电压以及最大过载电压,除此之外还有一个耐电压(主要指电极与绝缘层之间的耐压);这里面其实还挺有意思的,你会发现随着电阻阻值的增大,电阻两端的额定电压也会增大,但它有一个极限值,就是最大工作电压。

例如下图中YAGEO的AC系列电阻中,1206封装的最大工作电压为200V,那么我们将其使用在800V系统中的高压采样电路中时,最少要选取4个串联。

  • 分压电阻的阻值选取

阻值的选取规则一般没有特别明确的要求,都是看实际应用,一般总阻值可达到几MΩ级别;其中如果阻值选取太小的话,可能需要串联更多的电阻,而且漏电流也会比较大;而阻值选取太大的话,可能造成采样电路会变得敏感,容易受到干扰,例如试验室测试中出现的工频干扰等;所以有的厂家在采样电阻上面做了点胶防护,防止湿热环境造成电阻阻值变化(下图来源于网络)。

  • 分压电阻的精度温漂选取

开头也提到,电压采样的精度至少要达到±1%FS,那么分压电阻的精度至少要优于±1%才可以,常见选取±0.5%和±0.1%精度的;还有就是不知道大家有没有注意到,1MΩ以上的电阻很少能找到±0.1%精度的,例如下图中Viking的AR系列薄膜电阻,最大阻值只到1MΩ;厂家说因为电阻材质的问题,所以电路中单个1MΩ的电阻比较常见;另外这里薄膜电阻更常见,因为它的温漂会好很多,基本在50ppm以下,而厚膜电阻至少在100ppm以上。

对于电阻分压的方案,目前还有一种集成的电阻产品,如下图,来自于KOA的HVD系列高耐压网络电阻器,它将分压电阻集成在塑封中,可以降低空间需求,降低湿热环境对电阻的影响;但阻值、分压比可能需要定制,可以定制很高精度的产品。

总结:

关于高压采样,我是想到哪里就写到哪里,其实最终的选型还是与需求相关,如果不需要很高的精度的话,就有很多的选择;以上所有,仅供参考。

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公众号“新能源BMS”主笔,从事新能源汽车电池系统设计工作,具体为BMS硬件设计工作将近10年,在几个大的主机厂都工作过;希望通过文字,把一些设计经验和总结分享给大家,共同成长。