BMS开发课程笔记-BMS电压采样电路概述

开垦者

前言

本文介绍了BMS硬件中的电压采样电路，分别阐述了单体电压采样电路及高压采样电路的方案及要求。

单体电压采样

对于一个电池系统而言，是由若干电池单体通过串并联的方式组合而成。对于电池模组，如下图所示，其电压采集时，需要将各电池单体的正负极连接至从控（对于集中式BMS是直接连接至ECU）。

电池模组的首先连接至选通开关，后经由滤波电路传输至A/D采样，将电池单体的电压转化为脉冲序列，最后传送到系统单片机上。



单体电压采样电路的要求

【1】需要具备较高的耐压性能

由于电池模组是通过单体串联的方式构成，其共模电压较高，要求电压采样电路具备较高的耐压性能。

【2】需要具备较高的测量精度

目前对单体电压采样要求已达到±2mV。电池的单体电压被用于SOC估计、SOP估计、SOE估计等，单体电压的测量精度直接影响到系统状态的评估，进而影响到整车功能及性能的管理。

例如在SOC估计中，我们需要通过开路电压查询电池初始SOC。在电池系统的SOC-OCV曲线中，中间段的变化趋势通常比较平缓。如果此时单体电压测量精度较差，会导致查表所得初始SOC的存在较大误差，进而导致BMS系统估算的SOC的产生较大误差。


【3】高采样速率要求
目前通常要求BMS具有电池单体一致性分析及状态监控等功能，需要在相同的电流工况下测量的电池单体电压，所以要求系统具备同步采样的能力。

此外，目前许多BMS系统具有精确管理的要求（即管理至单体），例如对单体SOC的计算，需要系统同步采样单体的电压及电流数据。其中电流只需要测得流经电池模组回路的电流即可，但对于单体电压，需要第次的进行测量。所以需要电压测量的频率尽可能高，这样才能等效的认为测得的电流及电压是同步的。
【4】高可靠性
对于单体信息的采样，可靠性的要求非常高。因为单体保护所需要的信息直接来源于单体信息采样模块，当单体采样电路失效，系统无法有效的监控单体信息，也就无法基于有效的信息进行单体保护。

高压采样

高压采样主要是完成电池系统电压的采样，常用的方案有浮地方案及固定地方案。

浮地方案中，由于没有固定地，所以B+、B-、P+、P-的电压均需要采集，采集后的电压经过差分放大器处理后发送给ADC采样。ADC端的电压按下式计算：



其中K为差分放大器的放大倍数。





固定地方案中采样电路中的参考地就是电池的负极，所以B-点位的信息无需采集。同时无需做差分放大，只需要在回路上做分压即可。





高压采样电路设计要求

【1】高压采样需考虑冗余设计，通常需采集电池两端、继电器两端多路电压

【2】耐压及绝缘：HV+及HV-对系统地应具备至少500Ω/V的绝缘阻值；采样回路需满足耐压测试

【3】一般要求：电压测量范围-500V~500V；输入阻抗＞1MΩ；采样精度±0.5%FSR；低通滤波截止带宽1KHz；静态电流＜50uA。