【经验】BMS预充继电器完美替代方案，成本降低20%

时间： 2017-09-21 来源：世强作者：honglei

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电池管理系统（Battery Management System）是一种能够对蓄电池进行监控和管理的电子装置，通过对电压、电流、温度以及SOC等参数采集、计算，进而控制电池的充放电过程，实现对电池的保护、提升电池的综合性能的管理系统，依照功能不同可分为电池管理单元（BMU）、电池检测电路（CSC）、电流采集单元（CSU），可参考如下图1所示。

图1：BMS框架图

那么，BMS电池管理系统是如何实现充电的呢？

第一步：在接收到汽车钥匙上电ON信号后动力电池系统启动，完成自检后进入等待闭合继电器（总正极继电器、预充继电器、总负极继电器）指令状态，等候整车控制器（VCU）的指令。

第二步：动力电池系统接收到整车控制器（VCU）上电指令后，先闭合总负极继电器，后闭合预充继电器，开始进入预充电过程。

第三步：如果在预期时间内动力电池系统输出端电压达到电池系统端电压的90%以上，则预充过程完成，闭合总正继电器，断开预充继电器，否则预充电失败，预充继电器和正负继电器打开，动力电池系统报预充电故障信号给整车控制器（VCU），同时执行相应的故障处理措施。

上述充电过程有个最关键的地方：先闭合总负极继电器，后闭合预充继电器，开始进入预充电过程，为什么需要这样的设计呢？这里再提供一下BMS预充电部分电路原理框图，如下图2所示。

图2：BMS预充电电路原理框图

继续解释如上疑问：

1、在电池前端都有较大的电容C。若无预充电回路，总正极继电器接通瞬间，将直接与电容C接通，而电池电压较高，电容C上电压接近为0，相当于瞬间短路，负载电阻为导线和继电器触点电阻（mΩ级），阻值非常小。根据欧姆定律可知，电压大，电阻小，瞬间电流可达上万安培，此时总正极继电器肯定会损坏。

2、当加入预充回路时，总正极继电器先断开，预充继电器和预充电阻Rs构成的预充回路先接通，电阻值会在30Ω以上，回路电压假设在300V，此时回路电流最大约10A，预充继电器容量选10A以上，预充回路安全。

上面清晰的介绍了预充继电器的作用：控制预充回路的断开、闭合，而预充电阻的作用就是限流，考量到预充继电器的安全作用，市面上常用固态继电器（SSR）去做，而光耦隔离型SSR居多，优点是集成了开关对（MOSFET），不过缺点也明显：

• 工作温度范围有限，高温下性能下降

• LED有光衰问题，生命周期受限

• 价格贵

本文介绍一款完美替代固态继电器解决方案，SILICON LABS推出的Si8751+外置MOSFET替代SSR固态继电器，其差异对比参考如下图3所示

图3：SI8751+外置MOSFET替代SSR固态继电器设计差异对比

SI8751隔离驱动器是数字量输入，其内部框图参考如下图4所示，通过搭配外置MOSFET替代SSR固态继电器可降低成本、体积、辅助电源设计，并通过指定MOSFET，可优化功率和性能，成本更低，设计成本至少节约20%以上。

图4：SI8751内部功能框图

SI8751管脚定义参考如下表1所示：

表1：SI8751管脚定义

SI8751隔离MOSFET驱动器的关键技术参数：

• Vgate-source~10.3V（typ）

• 门极电容为100pf时，IF=10mA/30mA时，开启时间均<100μs

• 2.5krms隔离电压

• 50KV/μs CMTI

• 输入端工作电压2.25V~5.5V（typ 3.3V）

• -40℃~105℃或-40℃~125℃可选

最后提供一下SI8751驱动的真值表，参考如下表2所示。

1）当VDD（2.25V~5.5V）有供电时：输入高电平，输出也是高电平；输入是低电平，输出也是低电平。

2）当VDD无供电时，输入无论任何逻辑信号，输出保持低电平。

表2：SI8751驱动的真值表

通过如上的介绍，对SI8751+外置MOSFET替代SSR固态继电器方案相信大家已经清楚了，同时该设计方案已经有成功的使用案例，无论是降低设计成本、体积，安全性、长期寿命的可靠性等，均是一款不错的设计选择，如果您感兴趣记得收藏哦，有问题请留言或电话联系世强申请样品，感谢！

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用户60391885 Lv5. 技术专家 2018-06-05

好东西
阿乾 Lv8. 研究员 2017-11-01

有价值的信息

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