【技术大神】BMS控制系统的电池状态监控及CAN总线保护方案

时间： 2018-03-29 来源：世强

一、前言

电池管理系统（BMS）是电池与用户之间的纽带，主要就是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电。它可以监测电池的电压、电流、温度等重要参数，对电池进行合理有效的管理。

在BMS控制系统系统的设计中，电池组管理IC是监控电池状态的重要部件，电池IC可以监测电池的电压、电流、温度等状态。同时所有的数据(电池电压，电池温度等数据)均通过CAN总线与ECU进行交互。因此对CAN总线进行保护是在设计CAN通讯系统的重中之重，其中最为重要的就是反击穿保护。

图1 BMS设计思路图

笔者根据项目的设计需求，为读者推荐电池管理IC及可应用于CAN总线电路的TVS反击穿保护二极管。

二、电池管理IC

在笔者的BMS项目设计中，电池组管理IC器件需满足以下性能要求：

•IC测量电池电压精度应在±5mv，越精确效果越佳

•电池包测量周期<=2ms

•包含温度监测、AD转换功能

•过压过流过温以及欠压时进行诊断

•SPI/ISOSPI或CAN高速通信接口

•符合汽车级使用要求

针对上述要求，综合了多家公司产品，笔者最终选择了Intersil公司的ISL78600作为电池管理IC。该芯片完美符合设计需求，且性价比高，再加上有代理商世强完善的服务支持。ISL78600的主要优势如下：

• 能够以±1.5mV测量精度监测多达12芯锂离子电池电压

• 可在 234μs 内完成系统中所有电池的测量（19.5μs/节）

• 2 Mbps SPI接口提供与微控制器的通信

• 集成针对所有关键内部功能的系统诊断，包括电池过压和欠压、过温、电池监测明线、温度监测明线、VBAT和VSS连接完整性、参考电压和振荡器功能

• 无源平衡

• 测量绝对电压而非预设电压水平

• 内部及四个外部温度监测输入

• 如果与主控制器的通信中断，看门狗定时器会关断器件电源

• AEC-Q100-2级认证，工作温度范围：-40°C至+105°C

• 采用10mm x 10mm 64引线TQFP封装

三、TVS保护二极管

正如上面说的对CAN总线进行保护是在设计CAN通讯系统的重中之重。因此在我们的BMS系统中CAN总线模块保护器件TVS二极管必须满足如下的硬件设计要求：

• 因为商用车中的汽车电源大部分为12V，所以要求TVS二极管具有12V-14V的反击穿电压

• 为了确保低功耗的需求，要求TVS二极管的漏电流在20uA以下

• 符合汽车级标准

• 因为汽车电路板尺寸较小，所以需要TVS二极管的封装尺寸较小，易于焊接

综合选型需求，和世强的推荐，我们选择了能够满足设计需求的LITTELFUSE公司的TPSMF4L11A可，其具有如下特点：

• 峰值功率400W，可以防止功率击穿

• 截止电压最大为13.5V，满足防击穿电压需求。

• 工作温度-55～+150℃，满足汽车级需求

• 漏电流为1uA，具有极低的功率消耗。

• 电感值较小

• SOD-123FL小封装，可以减少二极管

• 高可靠性，满足AEC Q101汽车标准

• 很高的电磁兼容能力，满足IEC-61000-4-2 ESD30kV(空气)，30kV(接触)

四、总结

图2是笔者使用上述器件设计的BMS实物图

图2 BMS实物图

新能源汽车中电池管理系统是非常重要的组成部分，它直接反映了电动汽车电池的状态。ISL78600是一款非常好用的锂离子电池组管理IC；TPSMF4L11A满足汽车级的使用要求，防击穿性能优良。非常推荐读者在设计BMS中使用这两款器件。

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全部评论（10）

海绵宝宝 Lv7. 资深专家 2018-09-19

实用的经验分享
titan Lv8. 研究员 2018-09-06

学习了
用户_7168 Lv5 2018-07-27

详细！
菲娜樱子 Lv8. 研究员 2018-07-19

好东西，学习了。
duanmaxie Lv8. 研究员 2018-03-29

学习了

camel14 Lv3. 高级工程师 2018-03-29

好东东
terrydl Lv9. 科学家 2018-03-29

学习了
LouBing Lv7. 资深专家 2018-03-29

不错的资料，学习了
TAO Lv7. 资深专家 2018-03-29

果然是技术大神。膜拜
小倾听 Lv8. 研究员 2018-03-29

学习

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