【经验】BMS预充继电器完美替代方案,成本降低20%

2017-09-21 世强 honglei

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!


相关技术文档:

Silicon labs Si8751/Si8752隔离驱动器 数据手册 详情>>>

新能源汽车电池管理系统(BMS)优选器件方案 详情>>>


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  • 135******05 Lv4 . 资深工程师 2018-06-05
    好东西
  • 阿乾 Lv7 . 资深专家 2017-11-01
    有价值的信息
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