【導讀】BMS（Battery Management System）稱之為電池保姆或電池管家，通過實時采集、處理、存儲電池組運行過程中的重要信息，智能化管理及維護各個電池單元，防止電池出現(xiàn)過充電和過放電，延長電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)。在工業(yè)領(lǐng)域中，為了保證BMS高效、可靠、安全地運行，一套完善的系統(tǒng)隔離解決方案就顯得尤為重要。
01 電動車BMS系統(tǒng)中的隔離方案
在36V~48V系統(tǒng)例如電動自行車，電動滑板車和電動助力車等的BMS中，根據(jù)控制充放電MOS的位置不同，分為高邊驅(qū)動和低邊驅(qū)動，其中低邊驅(qū)動中的電池包和控制側(cè)只有在低邊MOS閉合時是共地的，因此在接口端需要隔離器來保證通信連續(xù)性。可以采用分立方案通過數(shù)字隔離器來達到隔離作用，也可以使用隔離485、隔離CAN來滿足通訊接口隔離的需求，實現(xiàn)電池包與外部中控間的通信，另外，集成隔離電源的隔離器產(chǎn)品則可進一步提高集成度，降低成本。
圖1：電動自行車BMS – 10s~13s/36V~48V系統(tǒng)
數(shù)字隔離器可以選擇雙通道標準數(shù)字隔離器NSi8021N或低速數(shù)字隔離器NIRS21N。NIRS21N的隔離耐壓可以達到3kVrms，通信速度可達500kbps，遠高于市場同類產(chǎn)品的150kbps，可完美代替光耦。接口隔離芯片可選擇隔離RS-485收發(fā)器NSi83085和隔離CAN收發(fā)器NSi1050，兩顆芯片均具有高可靠性、高隔離耐壓（5kVrms）、高共模抗擾以及高集成度的特點，內(nèi)部集成數(shù)字隔離和接口驅(qū)動兩種功能設(shè)計，可大幅簡化系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜度，減少系統(tǒng)PCB的面積。
在電動摩托車、商用三輪車和低速四輪車等60V~72V系統(tǒng)中，一般會用兩個AFE級聯(lián)，目前大部分的工業(yè)級AFE不支持菊花鏈，因此高邊AFE會使用隔離I2C和MCU進行通信。另外，最新的電摩BMS標準中要求使用CAN通信，通信速率需達到500kbps。
圖2：電摩BMS系統(tǒng) –16s~20s/60~72V系統(tǒng)(雙AFE)
納芯微NSi8100N系列雙通道雙向I2C數(shù)字隔離器滿足AEC-Q100標準，數(shù)據(jù)率高達150Mbps，時鐘速率可達2MHz，提供數(shù)字通道方向配置選擇，輸出默認高電平和低電平選擇。寬供電范圍可直接對接大多數(shù)MCU等數(shù)字接口，并且可以方便的提供電平轉(zhuǎn)換功能。納芯微最新推出的隔離CAN收發(fā)器NSi1050的傳輸速率可達1Mbps，遠高于電摩BMS標準的要求。
02 基站備電BMS系統(tǒng)中的隔離方案
基站備用電源一般是在供電掉電時，為了確保通信設(shè)備供電正常而設(shè)計的?；緜潆娤到y(tǒng)的主要組成部分包括磷酸鐵鋰電池組、電池管理系統(tǒng)（BMS）以及其他模塊如GPRS通訊模塊等。磷酸鐵鋰電芯較比三元鋰單節(jié)電芯電壓低，標稱值為3.2V，故此類BMS一般為15s或16s系統(tǒng)，使用單個AFE，類似于電動自行車BMS。在基站備電BMS中，主要會用到隔離485接口、隔離CAN、隔離電源以及隔離I2C等，這些隔離產(chǎn)品可以滿足通信備電BMS中的通訊接口隔離需求和隔離供電需求。
圖3：基站備電BMS – 15s~16s/48V系統(tǒng)
與電動車BMS隔離方案中相同，在基站備電BMS系統(tǒng)中可單獨利用數(shù)字隔離器來實現(xiàn)信號隔離，也可以采用隔離485和隔離CAN的集成方案來作為通訊接口隔離。納芯微提供雙通道數(shù)字隔離器NIRS21N和三通道數(shù)字隔離器NSI8131S兩種數(shù)字隔離器供客戶選擇，兩顆芯片的隔離耐壓均可以達到3000Vrms，在保證系統(tǒng)可靠性的前提下，能夠?qū)崿F(xiàn)最優(yōu)的性價比。
03 大型儲能BMS系統(tǒng)中的隔離方案
大型儲能系統(tǒng)較為復(fù)雜，電壓范圍在500-850V，為高壓系統(tǒng)。該系統(tǒng)需要多串AFE級聯(lián)，對可靠性安全性要求更高，一般使用車規(guī)級的AFE對電池進行監(jiān)控，AFE之間用菊花鏈級聯(lián)。
在大型儲能BMS中隔離產(chǎn)品的應(yīng)用包括：
使用變壓器或電容進行隔離通信
AFE與MCU之間通過UART或SPI或I2C通信
控制信號
總線電壓和電流采樣
控制信號一般需要4~6通道數(shù)字隔離器，NSi8141N系列四通道數(shù)字隔離器提供符合UL1577的多種電氣隔離耐壓（3.75kVRMS），且具有高電磁抗擾度和低輻射的特性，適合于高壓BMS系統(tǒng)中的隔離需求。
圖4：大型儲能BMS(高壓儲能)系統(tǒng)
總線電壓和電流采樣中可利用單端和差分隔離運放來實現(xiàn)信號采樣，NSi1300隔離運放芯片的輸入側(cè)采用高精密全差分放大器級，可以提供業(yè)內(nèi)通用的8.2倍或41倍增益，并保持極低的增益誤差。通過增加掉電檢測，共模輸入電壓檢測功能提供易用的安全診斷功能。通過選擇合適的采樣的電阻，利用NSi1300可以實現(xiàn)0.1%系統(tǒng)精度。
隔離電源部分，NSiP884x 系列產(chǎn)品將內(nèi)置有片上變壓器的隔離DC/DC電源電路以及四通道高速數(shù)字隔離集成在一起，用戶只需在電源輸入輸出上各加兩個濾波電容就能實現(xiàn)電源隔離和信號隔離，極大地簡化了隔離電源的設(shè)計。NSiP884x 系列產(chǎn)品采用標準的 SOIC16 傳統(tǒng)封裝，制造全程穩(wěn)定可控，出廠時經(jīng)過了嚴格的耐高壓測試和性能參數(shù)測試，產(chǎn)品具有一致性高，可靠性高的特點，適用于對可靠性要求極高的車載和高壓應(yīng)用環(huán)境。
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