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你应该了解的BMS涉及到的X和Y电容

2020/08/27
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阅读需 6 分钟
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马上九月了,想说很多但又不知咋说,时间就在忙碌中悄然度过,不清楚这样的忙碌是否真的有意义,但总得生活啊。

之前在总结绝缘检测或者耐压测试时,涉及到了整车上 Y 电容的知识点,本文把这些内容汇总并整理、补充,系统条理化地呈现下来。

概念定义

一提到 Y 电容,大家就会联想到 X 电容,进而想到安规电容;一般 X 电容是指跨接在电力线两条线(L-N)之间的电容,而 Y 电容是跨接在电力线两条线与地之间(L-E,N-E)的电容。(下图来源于网络)

电池包上是高压直流 B 级电压电路,如下图所示,根据定义对应的 Y 电容就是 C2\C3,即高压的正极或负极相对于车身地之间的电容;而 X 电容就是指 C1,即高压直流母线正负极之间的电容。

X 和 Y 电容的来源

X 电容

先说 X 电容,参见下图,高压直流母线上的 X 电容包括了电池包内部 C1 与电池包外部 C2。

电池包内部的 X 电容 C1 其实很小,来源主要是电池包内部寄生电容,例如电芯之间;很少人关注 C1 电容量的大小,我也没有实际测过,估计几 nF~几 uF 量级。

除此之外,还有 BMS 上高压采样端口处、正负采样线之间并联滤波电容,容值不会很大,大概几 nF 量级。(图片来源于网络)

而电池包外部的 X 电容 C2 就比较大了,主要来自于外部高压设备,例如 MCU、DCDC 等的输入电容(图片来源于网络),电容容值大概为几百 uF 到上千 uF 左右,取决于整车的需求。

Y 电容

至于 Y 电容的话,同样地,也包括了电池包内部(C3 和 C4)与外部(C5 和 C6)两部分,如下图。

电池包内部的 C3 和 C4 来源于两部分,一部分来自于 BMS 单板上面滤波电容,一部分来自于电芯的等效寄生电容。

BMS 上面滤波用的 Y 电容容值在几 nF 左右,一般加在高低压之间、用于改善 EMC 而使用。(图片来源于网络)

而电芯成组后与车身地之间形成的等效寄生电容是很容易被大家忽略的部分;以方形电芯为例,它为金属外壳,成扁平状,并且电芯的外壳连接到了电芯的正极或负极,这样的话电芯外壳与 PACK 下托盘之间就等效为一个平行板电容器了。

这个平行板电容器的等效原理图如下:每个电芯的正负极处都会存在这样的一个等效电容。我测试过不同项目的模组,这种电容在整个 PACK 上面加起来大概在几十 nF 到几百 nF 之间,不能忽视。

电池包外部的 C5 和 C6 主要来自于其他高压设备的滤波电容之和(下图来源网络);这个也是整车直流高压母线上主要的 Y 电容来源,大的话加起来可能会到几个 uF。

X\Y 电容容值大小的影响

下面来分析 X\Y 电容容值大小对 BMS 的影响。

X 电容

X 电容容值对 BMS 的影响主要是预充功能,即影响预充时间与预充电阻的选型,预充功能前面有文章专门介绍过,可以翻一下,不展开。

Y 电容

着重介绍一下 Y 电容容值大小的影响。

a. 影响绝缘检测

Y 电容影响绝缘检测的机理在于,例如电桥法中,它延迟了稳态建立的时间,若使用未收敛的电压值去计算,得出的绝缘阻值结果也是不准确的,这个原理大家基本都了解。

b. 装配时损伤 AFE

这个的影响可能不多见,如下图:两个模组未连接之间的铜排时,每个模组电极对地的电位是不确定的,与每个模组的绝缘电阻有关;当连接二者之间的铜排时,相互之间会存在一个充放电的过程,即两个模组的 Y 电容进行电荷的转移,最终达到平衡态;此时会产生一个浪涌电压并且施加在 AFE 上,这种场景下可能会损坏 AFE,而且 Y 电容越大这个浪涌能量就越大,大家可以搭建环境测试一下。

c.Y 电容的大小规定

在标准《GB 18384-2020 电动汽车安全要求》是有要求的,如下图,标准中规定了 Y 电容最大存储的能量 0.2J。

通过下图中的计算方法,可以得到具体的 Y 电容容值;所以说大家对这个 Y 电容的容值要敏感些,心中有数。

总结:

这篇写了蛮久,希望大家有所收获吧;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。