放大器在HEV/EV汽車動(dòng)力電池管理系統(tǒng)中的作用

混合動(dòng)力純電動(dòng)車（HEV）和純電動(dòng)車（EV）往往深受熱烈歡迎，由于他們具備低（零）排污和低維護(hù)保養(yǎng)規(guī)定，一起出示了更高的高效率和驅(qū)動(dòng)器特性。新的HEV/EV企業(yè)大勢(shì)所趨，并且目前的汽車企業(yè)正大舉項(xiàng)目投資HEV/EV銷售市場(chǎng)，以角逐市場(chǎng)占有率。

HEV/EV汽車動(dòng)力系統(tǒng)的關(guān)鍵取決于系統(tǒng)軟件。該系統(tǒng)軟件從電力網(wǎng)獲得電力工程，將其儲(chǔ)存在充電電池中（靜止不動(dòng)時(shí)），并從充電電池獲得動(dòng)能以旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)并挪動(dòng)車子。該系統(tǒng)軟件包括4個(gè)分系統(tǒng)：車載充電器（OBC）、電池管理系統(tǒng)（BMS）、DC-DC轉(zhuǎn)化器（DC/DC）及其逆變電源和電機(jī)控制（IMC），如圖所示1圖示。在HEV/EV的BMS中常常忽視放大器的協(xié)調(diào)能力和成本費(fèi)經(jīng)濟(jì)效益。因而，文中將重中之重詳細(xì)介紹BMS及其布置工作人員怎樣在系統(tǒng)軟件中應(yīng)用放大器。

圖1：典型性的含有OBC、BMS、DC/DC、逆變電源和電機(jī)控制的HEV/EV系統(tǒng)圖

BMS的功效是啥？

BMS維護(hù)保養(yǎng)和監(jiān)控器充電電池，包含合理和安全性地電池充電和充放電。BMS相對(duì)性地均衡每一單個(gè)充電電池的工作電壓和正電荷，監(jiān)控器充電電池的身體狀況，使充電電池維持安全性的操作溫度，并保證更長(zhǎng)的電池循環(huán)次數(shù)。BMS應(yīng)當(dāng)避免例如充電電池不斷過(guò)多充放電，由于這將減少電池循環(huán)次數(shù)，或應(yīng)避免過(guò)多電池充電，由于這將會(huì)會(huì)毀壞充電電池并造成火災(zāi)事故或發(fā)生爆炸。HEV/EV中的充電電池是很多串聯(lián)和并聯(lián)的鋰電池組成，能夠考慮需要的工作電壓和動(dòng)能。待徹底電池充電后，單獨(dú)鋰電池的工作電壓為4.2V，充放電時(shí)貼近2.8V。HEV/EV中填滿電的充電電池工作電壓范疇為200V至800V。圖2是典型性的BMS框圖。

圖2：BMS系統(tǒng)框圖

我們一起回望一下下BMS的關(guān)鍵作用。

充電電池電流量磁感應(yīng)

監(jiān)控器鍵入鋰電池組的電流量和輸出鋰電池組的電流量尤為重要。在主鋰電池中，該電流量的尺寸通常達(dá)到百余安培?；魻?a href="http://srfitnesspt.com/v/tag/117/" target="_blank">傳感器、磁感應(yīng)控制器或分離變阻器上的防護(hù)放大器一般 用以充電電池冷側(cè)（低壓）到熱側(cè)（高工作電壓）電流量感測(cè)。這種防護(hù)電流量感測(cè)解決方法能夠具備仿真模擬差分信號(hào)輸出數(shù)據(jù)信號(hào)。防護(hù)電流量感測(cè)致力于維持熱側(cè)和冷側(cè)分離出來(lái)，并將有關(guān)感測(cè)出的電流量的仿真模擬信息內(nèi)容出示給主微處理器中的由底壓開(kāi)關(guān)電源供電系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。這類電流量感測(cè)一般 不用十分精確。運(yùn)算放大器將差分信號(hào)變換為單端數(shù)據(jù)信號(hào)（以接地裝置為參照），提升動(dòng)態(tài)范圍，并驅(qū)動(dòng)器ADC。在BMS中，一般 應(yīng)用電流量分離監(jiān)控開(kāi)展精準(zhǔn)的熱側(cè)電流量感測(cè)。

圖3圖示為不一樣工作電壓域的帶防護(hù)放大器和與運(yùn)算放大器電路（用以帶直流電傳送作用的電流量感測(cè)）。分流電阻上造成的工作電壓VSHUNT由1個(gè)防護(hù)放大器變大，做為其防護(hù)輸出的差分信號(hào)輸出數(shù)據(jù)信號(hào)VDIFF。運(yùn)算放大器將差分信號(hào)VDIFF變換為單端數(shù)據(jù)信號(hào)OUT，并根據(jù)向數(shù)據(jù)信號(hào)釋放2 V/V的收獲來(lái)提升動(dòng)態(tài)范圍。防護(hù)放大器偏位決策了原始電流量感測(cè)精密度。差分放大器的共模抑制比關(guān)鍵由電阻器容時(shí)決策。

圖3：用以防護(hù)電流量感測(cè)的帶運(yùn)算放大器的防護(hù)放大器

DC-DC轉(zhuǎn)化器從HEV/EV中的主髙壓充電電池轉(zhuǎn)化成獨(dú)立的48V充電電池分系統(tǒng)。這個(gè)48V充電電池分系統(tǒng)為中央空調(diào)、加溫、剎車系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)為出示驅(qū)動(dòng)力，并出示比應(yīng)用鉛酸蓄電池的傳統(tǒng)式12 V開(kāi)關(guān)電源軌更高的高效率。48V分系統(tǒng)沒(méi)有主充電電池那么高的電流量負(fù)荷，但依然必須電流量感測(cè)，這就是說(shuō)為什么它有自身的當(dāng)?shù)谺MS。在48V BMS中，非防護(hù)高精密電流量分離監(jiān)控用以主電流量感測(cè)，雙重運(yùn)算放大器電流量感測(cè)電源電路作為沉余過(guò)電流保護(hù)。圖4圖示為開(kāi)展雙重電流量感測(cè)的與運(yùn)算放大器電路。

圖4：低側(cè)雙重電流量磁感應(yīng)與運(yùn)算放大器電路

充電電池工作電壓感測(cè)

必須像電流量相同監(jiān)控器充電電池的工作電壓。在防護(hù)工作電壓檢驗(yàn)中，電阻分壓器將高工作電壓從充電電池分壓電路到放大器的共模鍵入范疇。防護(hù)放大器感測(cè)出分壓電路工作電壓，差分放大器配備中應(yīng)用的運(yùn)算放大器將防護(hù)放大器中的差分信號(hào)輸出數(shù)據(jù)信號(hào)變換為單端輸出。若不用防護(hù)，則差分放大器配備中的運(yùn)算放大器能夠?qū)嵭辛⒓垂ぷ麟妷焊袦y(cè)。

圖5圖示為選用防護(hù)放大器和運(yùn)算放大器的防護(hù)工作電壓感測(cè)。防護(hù)放大器防護(hù)熱側(cè)和冷側(cè)，并輸出收獲為1的差分信號(hào)。運(yùn)算放大器將差分信號(hào)變換為單端輸出，并使ADC收獲考慮全動(dòng)態(tài)范圍。該工作電壓被饋送到冷側(cè)MCU中的ADC。

致力于BMS布置的集通過(guò)率集成ic可追蹤每一鋰電池的工作電壓并均衡正電荷。以菊花鏈方法聯(lián)接這種輸出功率集成ic能夠一起精確測(cè)量全部鋰電池的工作電壓，均衡這種充電電池上的工作電壓，并將此信息的傳遞給MCU。

圖5：根據(jù)防護(hù)放大器和運(yùn)算放大器感測(cè)防護(hù)工作電壓

防護(hù)漏流電流量精確測(cè)量

如同我以前提及的那般，髙壓200至800V側(cè)與車子汽車底盤接地裝置和別的底壓域（12 V和48 V）維持防護(hù)。根據(jù)檢測(cè)防護(hù)終斷精確測(cè)量充電電池工作電壓和泄漏電流量還將造成精確測(cè)量髙壓軌與汽車底盤接地裝置的底壓中間的電阻器或泄露。小車髙壓和防護(hù)泄露精確測(cè)量參照布置表述了檢測(cè)防護(hù)終斷。它必須應(yīng)用己知的電阻器相對(duì)路徑臨時(shí)短接護(hù)欄網(wǎng)，如圖所示6圖示

圖6：帶運(yùn)算放大器的防護(hù)漏流電流量精確測(cè)量電源電

必須從髙壓充電電池的正級(jí)或負(fù)級(jí)側(cè)掌握常見(jiàn)故障泄露電流的相對(duì)路徑。當(dāng)我產(chǎn)生防護(hù)終斷時(shí)，汽車?yán)^電器S1坐落于正級(jí)側(cè)或汽車?yán)^電器S2坐落于負(fù)級(jí)側(cè)。將該己知的防護(hù)電阻器與精確測(cè)量的電阻器開(kāi)展較為能夠明確根據(jù)防護(hù)天然屏障的泄露。

比如，當(dāng)S1關(guān)掉時(shí)，假如在負(fù)級(jí)側(cè)無(wú)滲漏，則ISO_POS工作電壓將相當(dāng)于Vref。若在負(fù)級(jí)側(cè)存有泄露電流（防護(hù)毀壞），則ISO_POS工作電壓將不一定Vref。因?yàn)樾孤峨娏鞔┻^(guò)Rps1、Rps2和Rs1、充電電池的正級(jí)側(cè)和負(fù)級(jí)側(cè)到底壓側(cè)接地裝置，閉環(huán)控制收獲不一樣。具備低鍵入?yún)⒖键c(diǎn)電流量的運(yùn)算放大器適用此運(yùn)用，由于聯(lián)接到反相鍵入的特性阻抗將會(huì)十分高（在兆歐范圍之內(nèi)）。

溫度檢測(cè)

HEV/EV必須高工作電壓和高電流量，這將會(huì)造成高功耗和迅速溫度。檢測(cè)充電電池以及周邊系統(tǒng)軟件的溫度十分必須，以避免功率過(guò)大。若常見(jiàn)故障造成高功耗，充電電池操縱模塊將斷掉充電電池，以避免發(fā)生火災(zāi)事故和發(fā)生爆炸等勒索軟件惡性事件。

這種經(jīng)濟(jì)發(fā)展合理的溫度感測(cè)解決方法是應(yīng)用運(yùn)算放大器緩存于與電阻器串連的負(fù)溫度指數(shù)（NTC）熱敏電阻器的數(shù)據(jù)信號(hào)。因?yàn)锽MS和充電電池占位室內(nèi)空間很大，因而全部系統(tǒng)軟件的溫度將會(huì)不勻稱。這類不勻稱的溫度必須在全部BMS中置放好幾個(gè)溫度感測(cè)模塊。將于這種模塊的數(shù)據(jù)信號(hào)重復(fù)使用到單獨(dú)ADC或MCU腳位必須數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)整。還必須緩存和變大數(shù)據(jù)信號(hào)，以考慮ADC的全動(dòng)態(tài)范圍。

圖7表明了用以緩存放大器或同相放大器配備的運(yùn)算放大器。具備有效偏位和失衡飄移的成本低髙壓運(yùn)算放大器適用此運(yùn)用。

圖7：應(yīng)用NTC熱敏電阻器和運(yùn)算放大器開(kāi)展溫度感測(cè)

互鎖檢測(cè)

互鎖是1個(gè)工作電壓和電流量控制回路系統(tǒng)軟件，流過(guò)HEV/EV系統(tǒng)軟件中的一連串分系統(tǒng)，如圖所示8圖示?；ユi從BMS起動(dòng)并歷經(jīng)逆變電源、DC/DC轉(zhuǎn)化器、OBC再回到BMS，以檢測(cè)一切偽造、開(kāi)啟髙壓系統(tǒng)軟件或開(kāi)啟維護(hù)保養(yǎng)艙口的惡性事件。小車髙壓互鎖參照布置表述了互鎖系統(tǒng)軟件怎樣斷掉高壓線路以避免碰傷。

互鎖控制回路關(guān)鍵涉及到感測(cè)不用高精精確測(cè)量的以單脈沖傳送的電流量。緊湊型的解決方法要求可能會(huì)致使根據(jù)儀表放大器的解決方法。最經(jīng)濟(jì)發(fā)展的解決方法是在差分放大器配備中應(yīng)用帶運(yùn)算放大器和吸收合并電阻器的電流量感測(cè)電源電路?；ユi控制回路并不是高電流量控制回路；因而，您能夠應(yīng)用高值分流電阻，且不容易有高功耗風(fēng)險(xiǎn)性。安全性和確診作用必須沉余，以遮蓋主系統(tǒng)軟件產(chǎn)生常見(jiàn)故障時(shí)的狀況。為檢驗(yàn)全部將會(huì)的常見(jiàn)故障，將會(huì)存有大量必須再次工作電壓和電流量感測(cè)的狀況，及其成本低解決方法變得越來(lái)越行得通的狀況。

圖8：BMS中的互鎖系統(tǒng)軟件

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