【应用】电动汽车BMS高等级隔离功能设计方案

时间： 2016-01-30 来源：Silicon Labs

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电源技术的发展大方向依然是高效、环保，但针对的应用领域不同，具体的技术特点也就不一样。电池管理系统(BMS)作为电动汽车五大技术问题之一，在电动汽车上起着非常重要的作用。为了应对挑战，SILICON LABS的隔离器方案在技术上做了很多革新。世强代理的Silicon Labs Si86xx 系列隔离产品解决方案就是专门针对BMS推出的。

由于BMS存在高压和12V低压，所以需要注意隔离的问题。感测器与主机间的电压读数传输时，系统必须通过隔离来克服噪音与隔间的干扰，同时管理高电压至低电压区域传输。MCU与电池管理系统通信，为了增加可靠性，总线也必须隔离。通常情况下这些隔离需求均可以使用高速光耦来完成。但是对速度效率温度特性要求较高的混合动力电动汽车极具挑战性的应用环境中光电耦合不能满足可靠性和质量的要求。所以本文选择世强代理的Silicon Labs六路超低功耗数字隔离器Si86xx作为隔离器件。Si86xx是非常适合混合电动汽车的的数字隔离器件。

Si86xx 系列隔离耦合器拥有150Mbps数据传输速率，通道数最多可达6个，适用于12C和SMBUS总线；增强的隔离等级，工作电压最高可达1200V，在额定工作电压下，寿命可达60年以上，通过了UL、CSA以及VDE认证；内部差分信号和窄带接收器确保了较高的抗电磁干扰能力。该产品基于电容隔离，采用二氧化硅（SIO2）作为绝缘体，使用了可升级、高容量CMOS处理技术；高频信号通过电容隔离来传递信息，采用开关键控（OOK）调制技术，确保输出与输入完全一致，噪声非常小，在汽车电池管理系统应用中运行非常稳定。

Si86xx 系列隔离器件在BMS中高低电压区域应用实例

图1 为BMS整体结构图，图2则为子板各模块布局图。从如图1、图2我们可以看到诸如Si86xx 系列之类高等级数字隔离对于BMS来说是不可或缺的器件之一，例如被应用于BMS管理高电压至低电压区域传输。

隔离功能具体实现过程如下：

(1) 车载12V直流电源经EMI滤波隔离后进入12V-5V DC/DC，DC/DC输出5V电压；

(2) CAN总线通信模块与MCU隔离开，采用Si86xx数字隔离器件对CAN总线差分信号进行隔离， DC/DC为数字隔离器件提供电源；

(3) Si86xx及其外围电路为高压电路部分，第十个电池包的子控制板部分正常工作电压为320V，高压部分与低压部分通过Si86xx完全隔离。SPI信号传输采用两次数字隔离，两次数字隔离间的PCB 覆铜采用“浮地”进一步提高了隔离效果和极端情况下的安全性；

(4) 高压部分与低压部分的数字隔离器件Si86xx供电都采用DC/DC，左边的第一次隔离部分的DC/DC使用MCU部分的5V电压，右边的第二次隔离部分的DC/DC使用Si86xx高压部分的24V-5V模块提供的5V电源，二者分别与MCU部分和Si86xx高压部分共地。

图1：BMS整体结构图

图2：子板各模块布局图

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