【选型】稳定BMS电流检测，该选择怎样的霍尔传感器？
【摘要】MELEXIS推出的汽车级可编程霍尔电流传感器MLX91208，采用IMC-Hall专利技术，U型屏蔽罩、铜板、带传感器的PCB组成一个牢固的整体，具有很好的抗振动性能。工作温度范围为﹣40~150℃。满足了汽车BMS系统中对电流检测的高可靠性要求。
对于以动力电池为能量来源的电动（混动）汽车来讲，电池管理系统（BMS）是一个及其重要的核心部件。通过BMS的控制和管理，可以实时监测单颗电池和整个电池组（内部由成百上千个电池串、并联组成）的状态（包括电压、电流、温度、电池容量和SOC），并使两者之间保持均衡；利用先进的软件控制算法，实现输出功率、续行里程的最大化；控制充电机的充电电流，避免其因过充、过放、过热而损坏电池组，提高了电池的安全性、能源利用率和使用寿命。同时BMS还具有漏电绝缘监测，热管理保护、异常报警、与车上其他系统（整车控制器VCU，电机控制器、能量控制器及车载显示系统）进行通信等功能。下图1为整个BMS系统框图。
图1：整个BMS系统框图
从BMS系统的功能介绍可以看出，必须用到传感器对系统电池进行监测，因此传感器是整个系统中非常重要的功能组件之一，而用于检测电流的电流传感器更是重中之重。因为对电池充电、放电过程，以及过充、过放电状态的监控，都有赖于电流传感器，因此这里做重点介绍。
BMS系统中电流检测方式的对比：电阻采样和霍尔原理方式
目前BMS系统用电流传感器来检测电流的方式主要有两种：一种是采用电阻采样的方式，通过高精度的放大器、ADC实现；另一种则是采用霍尔原理实现。电阻采样的实现方式虽然精度高，但由于电池输出的母线电压较高，导致在采样电阻的选择、系统的安全隔离性能等方面都面临较大的挑战。而基于霍尔原理的实现方式，由于采用非接触的霍尔原理，因此可在电气上做到完全隔离，在安全性、精度等方面都有很好的保证。
汽车级可编程霍尔传感器MLX91208，让电流检测更稳定
传统的霍尔电流传感器采用开环方式，需要环型铁心做屏蔽，通电导线穿过环形铁心来实现电流检测。这种方式结构设计比较困难，在高速行驶的电动汽车BMS上，由于振动的原因，铁心可能移位，使得输出信号不太稳定可靠，还可能会有较大的噪声。
而Melexis推出的汽车级可编程霍尔电流传感器MLX91208，工作温度范围为﹣40℃~150℃，满足汽车BMS密闭高温环境下的高可靠性检测需求。其采用IMC-Hall专利技术，将集磁片层沉积到芯片晶元上，具有业界领先的灵敏度，利用U型屏蔽罩做磁屏蔽，PCB或铜板流过大电流。U型屏蔽罩、铜板、带传感器的PCB组成一个牢固的整体，具有很好的抗振动性能。流经电流的铜板通过螺丝固定，串接在BMS电流检测主电路上，传感器芯片可根据铜板上流过的电流所产生的磁通密度来提供成正比的高速模拟输出信号，响应时间可以低至3μs，带宽DC-250KHZ。MLX91208的传递特性完全可由用户编程实现（例如偏移，灵敏度、增益、温度漂移等），以补偿因装配误差等因素造成对精度的影响。通过校准后的传感器，整体的精度可达2%到3%。下图2是基于MLX91208的电流传感器模块，右边是屏蔽罩的规格参数。
图2：基于MLX91208的电流传感器模块
MLX91208有多个灵敏度版本的型号可选，如下表1。
表1：电流传感器MLX91208产品选型表
检测不同输出电流时的电流传感器选型
由于动力电池的输出电流比较大，如使用一个电流传感器实现电流检测，可选择择高灵敏度版本的型号MLX91208LDC-CAH或MLX91208LDC-CAV。如果想要在检测小电流和大电流时都有很高的精度和灵敏度，可采用分段检测的方式，分别用MLX91208LDC-CAL（在小电流区间）和MLX91208LDC-CAV（用于大电流区间）来实现。下图3、图4和图5分别展示了用两个不同版本的MLX91208实现的分段电流检测的电流传感器模块，图3采用两个独立的屏蔽罩（U型屏蔽罩用于大电流段的电流检测，C型屏蔽罩用于小电流段的电流检测），图4和图5中，两个传感器共用一个屏蔽罩。
图3：双MLX91208+双屏蔽罩电流传感器模块
图4：双MLX91208+单屏蔽罩电流传感器模块
图5：双MLX91208+双屏蔽罩电流传感器模块
在传感器电流检测量程设计上，按照如下其计算公式来计算，并可以留一定的余量：
其中W为屏蔽罩的宽度，B为磁场强度。磁感应强度B最佳的目标值是25mT。图4和图5分别采用了宽度为12mm，和25mm的屏蔽罩，来实现不同电流量程范围的电流检测。在具体应用时，可根据动力电池的输出电流范围来选择合适的实现方式。
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电子商城
品牌：MELEXIS
品类：Integrated Current Sensor IC
价格：￥15.3811
现货： 50,899
现货市场
品牌：SILICON LABS
品类：Switch Hall Effect Magnetic Position Sensor
价格：￥2.2924
现货：126,000
服务
可自由定制铜排形状尺寸；检测精度：0.5%~1.0；电流测量范围 ±300-500A。低噪音 (0.27mVpp)；低磁力残余误差:2mV；响应性能<4μSec；支持RoHS指令 、AEC-Q200。
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