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工業BMS系統中的隔離方案

發布時間:2021-10-25 責任編輯:wenwei

【導讀】BMS(Battery Management System)稱之為電池保姆或電池管家,通過實時采集、處理、存儲電池組運行過程中的重要信息,智能化管理及維護各個電池單元,防止電池出現過充電和過放電,延長電池的使用壽命,監控電池的狀態。在工業領域中,為了保證BMS高效、可靠、安全地運行,一套完善的系統隔離解決方案就顯得尤為重要。


01 電動車BMS系統中的隔離方案


在36V~48V系統例如電動自行車,電動滑板車和電動助力車等的BMS中,根據控制充放電MOS的位置不同,分為高邊驅動和低邊驅動,其中低邊驅動中的電池包和控制側只有在低邊MOS閉合時是共地的,因此在接口端需要隔離器來保證通信連續性??梢圆捎梅至⒎桨竿ㄟ^數字隔離器來達到隔離作用,也可以使用隔離485、隔離CAN來滿足通訊接口隔離的需求,實現電池包與外部中控間的通信,另外,集成隔離電源的隔離器產品則可進一步提高集成度,降低成本。


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圖1:電動自行車BMS – 10s~13s/36V~48V系統


數字隔離器可以選擇雙通道標準數字隔離器NSi8021N或低速數字隔離器NIRS21N。NIRS21N的隔離耐壓可以達到3kVrms,通信速度可達500kbps,遠高于市場同類產品的150kbps,可完美代替光耦。接口隔離芯片可選擇隔離RS-485收發器NSi83085和隔離CAN收發器NSi1050,兩顆芯片均具有高可靠性、高隔離耐壓(5kVrms)、高共??箶_以及高集成度的特點,內部集成數字隔離和接口驅動兩種功能設計,可大幅簡化系統設計復雜度,減少系統PCB的面積。


在電動摩托車、商用三輪車和低速四輪車等60V~72V系統中,一般會用兩個AFE級聯,目前大部分的工業級AFE不支持菊花鏈,因此高邊AFE會使用隔離I2C和MCU進行通信。另外,最新的電摩BMS標準中要求使用CAN通信,通信速率需達到500kbps。


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圖2:電摩BMS系統 –16s~20s/60~72V系統(雙AFE)


納芯微NSi8100N系列雙通道雙向I2C數字隔離器滿足AEC-Q100標準,數據率高達150Mbps,時鐘速率可達2MHz,提供數字通道方向配置選擇,輸出默認高電平和低電平選擇。寬供電范圍可直接對接大多數MCU等數字接口,并且可以方便的提供電平轉換功能。納芯微最新推出的隔離CAN收發器NSi1050的傳輸速率可達1Mbps,遠高于電摩BMS標準的要求。


02 基站備電BMS系統中的隔離方案


基站備用電源一般是在供電掉電時,為了確保通信設備供電正常而設計的?;緜潆娤到y的主要組成部分包括磷酸鐵鋰電池組、電池管理系統(BMS)以及其他模塊如GPRS通訊模塊等。磷酸鐵鋰電芯較比三元鋰單節電芯電壓低,標稱值為3.2V,故此類BMS一般為15s或16s系統,使用單個AFE,類似于電動自行車BMS。在基站備電BMS中,主要會用到隔離485接口、隔離CAN、隔離電源以及隔離I2C等,這些隔離產品可以滿足通信備電BMS中的通訊接口隔離需求和隔離供電需求。


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圖3:基站備電BMS – 15s~16s/48V系統


與電動車BMS隔離方案中相同,在基站備電BMS系統中可單獨利用數字隔離器來實現信號隔離,也可以采用隔離485和隔離CAN的集成方案來作為通訊接口隔離。納芯微提供雙通道數字隔離器NIRS21N和三通道數字隔離器NSI8131S兩種數字隔離器供客戶選擇,兩顆芯片的隔離耐壓均可以達到3000Vrms,在保證系統可靠性的前提下,能夠實現最優的性價比。


03 大型儲能BMS系統中的隔離方案


大型儲能系統較為復雜,電壓范圍在500-850V,為高壓系統。該系統需要多串AFE級聯,對可靠性安全性要求更高,一般使用車規級的AFE對電池進行監控,AFE之間用菊花鏈級聯。


在大型儲能BMS中隔離產品的應用包括:


使用變壓器或電容進行隔離通信


AFE與MCU之間通過UART或SPI或I2C通信


控制信號


總線電壓和電流采樣


控制信號一般需要4~6通道數字隔離器,NSi8141N系列四通道數字隔離器提供符合UL1577的多種電氣隔離耐壓(3.75kVRMS),且具有高電磁抗擾度和低輻射的特性,適合于高壓BMS系統中的隔離需求。


1634807420852526.png圖4:大型儲能BMS(高壓儲能)系統


總線電壓和電流采樣中可利用單端和差分隔離運放來實現信號采樣,NSi1300隔離運放芯片的輸入側采用高精密全差分放大器級,可以提供業內通用的8.2倍或41倍增益,并保持極低的增益誤差。通過增加掉電檢測,共模輸入電壓檢測功能提供易用的安全診斷功能。通過選擇合適的采樣的電阻,利用NSi1300可以實現0.1%系統精度。


隔離電源部分,NSiP884x 系列產品將內置有片上變壓器的隔離DC/DC電源電路以及四通道高速數字隔離集成在一起,用戶只需在電源輸入輸出上各加兩個濾波電容就能實現電源隔離和信號隔離,極大地簡化了隔離電源的設計。NSiP884x 系列產品采用標準的 SOIC16 傳統封裝,制造全程穩定可控,出廠時經過了嚴格的耐高壓測試和性能參數測試,產品具有一致性高,可靠性高的特點,適用于對可靠性要求極高的車載和高壓應用環境。



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