史上最全的BMS高低压隔离方案讲解!!!

huangguang

基本概念

跳脱于电网的电压分级，只针对BMS的高低压概念

高低压的界限在什么地方？个人认为超出人体安全电压的都称为高压。



图片来源于网络



  如上图：假设人体阻抗不变。那么高压必然带来大电流，电流才是引起人体最终反应的根本。通过人体的电流超过30mA就有发生心室纤维性颤动的风险，心室纤维性颤动这个高大上的词虽然很难理解，但是我们要知道，流过人体的电流超过30mA就会有死亡风险即可。

那么低电压情况下，人体可以认为为绝缘体，随着电压的上升，人体的阻抗会快速下降，电流会快速增加。有点类似于PN结的效应。

BMS开发中高低压隔离方案

BMS在管理高压电池时候，由于对电芯电压、总压、绝缘等采样，涉及到高压端。对人手能触碰的信号做加强绝缘，触摸不到做基本绝缘。这要求我们对电气间隙和爬电距离要有清晰的理解。该部分可以百度学习下。重点讲讲BMS 高压压之间如何做到隔离，如何能确保安全，如何能成本低廉。。。

隔离分类：容隔、磁隔、光隔、高阻隔离

1）电容隔离

BMS设计中设计最多的 板内AFE与AFE之间的菊花链通讯。



菊花链通讯容隔

一般采用2510封装的高耐压电容，其实个人认为大部分目前市场端以几个AFE构建的从板，该电容只是为了进行电气隔离和通讯，并不涉及到安全层面。如何是做基本绝缘和加强绝缘对低压，单电容从电气间隙角度就不符合1000V平台的安规要求。

目前国内外厂家推荐的隔离芯片最常见的是数字隔离芯片。



芯片定义



内部框图

要分析，这个就要弄懂电气间隙和爬电的定义。当电容封装在绝缘材料中也就是芯片内，电气间隙就变大了。所以大部分厂家隔离芯片基本采用容隔。

成本低，通讯速度可达到100M。EMC效果一般。

2）磁隔离

霍尔效益也是利用电磁场变化进行电流的采样。



变压器是市场端目前应用最广泛的。辅助电源、菊花链板外通讯等等



菊花链通讯磁隔

磁隔成本偏高。但是最大的好处是电气间隙和爬电距离想做多大就多大。安规不受限制。所以 在储能行业1500V系统中。大部分的隔离方案全部采用磁隔离。这样可以顺利通过安规测试和审查。

3）光隔离

光耦的应用太广泛了。





图来源于网络

反正 就是通过光来形成电信号，传输信息。在辅助电源反馈,高低电平输入输出，通讯隔离等等上应用广泛。传输速率比较慢。可靠的隔离手段。

4）高阻隔离

这一部分可能有一些小伙伴比较陌生。



  如上图，V1-V2为电池总压BAT+-，gnd为低压侧信号地。该电路就完全实现了隔离，也不会产生危险。

  U/R，在R上MΩ级别时，高压对低压的线路上只会产生ua级别。对人体无任何危害。所以概念的认知会产生很多新的方案。该方案成本极其低廉，效果也很好。

该方案不细究了，后续出文章说明其采样原理。