电子发烧友网报道(文/吴子鹏)在新能源汽车里,电流传感器是系统中重要的组成部分,在汽车各个系统中发挥关键作用。在BMS系统中,通过检测各个功能单元充放电的电流,可以对电池组能量进行精确地管理,并提供必要的保护功能。
因此,电流传感器对于汽车BMS来说至关重要,能够帮助其满足更高能量密度、更快速充电、更长寿命和更高安全性的需求,进而提升汽车BMS系统的性能、稳定性和可靠性。
电流传感器是汽车BMS系统实现基本功能的核心器件之一。比如,BMS通过采集电池模块单体电芯(支持磷酸铁锂、三元锂)的电压、温度,计算出SOC、SOH、最高单体电压/温度,最低单体电压/温度、绝缘阻值等数据。这个过程中,电流传感器通过感应电流产生电压信号,实时监测电池组中的电流变化,确保电池组在安全的电流范围内运行。
电流传感器也可以帮助BMS监测电池组的充电和放电过程。当电池组充电时,电流传感器可以帮助BMS控制充电速度和充电时间,以保护电池组的健康和寿命。在电池组放电时,电流传感器可以帮助BMS控制放电速度和电池组的剩余能量,以确保电池组不会过度放电,从而延长其使用寿命。因此,电流传感器可以保护电池组的健康和寿命,避免过度充电或过度放电。
电流传感器也能够帮助BMS构建保护系统。比如,在电池组出现异常电流(如过流、短路等)时,高精度电流传感器能够迅速响应并发出预警信号,触发BMS的保护机制,防止电池组受损或引发安全事故。
随着汽车EE架构不断升级,BMS系统也对电流传感器提出了更高的要求,要求电流传感器提供高精度、快速响应、稳定性、安全性和易于集成等突出特性。比如,在精度方面,汽车BMS要求电流传感器的精度需要达到0.5%或更高,以确保电池组电流的准确测量,进而提升电动汽车的整体性能和可靠性。
首先看一下来自迈来芯(Melexis)的产品。迈来芯MLX91230/MLX91231作为该公司第三代电流传感器家族中的佼佼者,是智能、高集成和高性能电流传感器的代表。其中,MLX91230 是迈来芯第三代电流传感器家族中首个亮相的智能霍尔电流传感器,符合ASIL标准,能在单个芯片上同时测量电流、电压和温度三个物理量,并配备专用的32KB闪存,为安全应用提供了理想选择。在精度方面,MLX91230能够在-40℃至125℃温度范围内具有±0.5%的精度;MLX91231能够在-40℃至125℃温度范围内具有±0.25%的精度,更胜一筹。这两款传感器采用SOCI8封装,可直接连接到12V电池或通过本地互连网络(LIN)总线或UART进行测量和诊断。MLX91230/MLX91231强大的诊断功能大大减轻了集成商在开发安全机制时的负担,包括内置的片上过流检测功能。
还有霍尼韦尔和LEM等公司专门为BMS打造的电流传感器芯片,比如霍尼韦尔的BMS 1500A ASILC系列和LEM的BMS HV HSW系列。霍尼韦尔BMS 1500A ASILC系列采用高精度测量方法监测电池电流,辅助BMS精确进行电池电量计算,测量电流可达1500Ah, 100%车规级设计,满足ISO 26262 Function safety ASILC要求,支持CAN输出方式可以和客户系统无缝配合,降低系统匹配难度;LEM的BMS HV HSW系列属于单/双霍尔效应开环单芯传感器,基于卓越的LEM霍尔ASIC技术打造,是专门为xEV 电池管理系统(BMS)打造的高精度电流传感器,具有独立双量程,高量程通道为+/- 1000A,5℃下精度为0.5 %,电绝缘为2.5kV,支持高/低边电流检测。
再看一些国内厂商的创新案例。第一个是瑞磁科技推出的BMS电驱电流检测传感器,RCF125电流传感器为一款高精度直流电流测量装置,主要安装于电池组母排,用于监测充放电电流。这款器件采用磁通门原理,无磁滞影响,零点偏置电流小于10mA,线性误差<0.1%,并且提供电源保护功能。
第二个是森尼克SCK-500C系列,满足车规级产品设计。该系列电流传感器基于磁通门技术,不仅具有高精度和低偏置电流检测的能力,也具有高低压间隔离的特性。采用单电源供电方案,支持CAN总线输出。SCK-500C系列提供精度高支持,全温区误差<0.5%,常温误差<0.3%,偏置电流小于10mA,可用于混合动力汽车和电动汽车电池组,以及电池管理应用于SOC的精确电流测量(SOC、SOH、SOF等)。
通过国际厂商和国内厂商的产品不难发现,高精度是汽车级电流传感器必备的性能,也是打造高性能BMS系统的关键。除了不断提升的精度,汽车级电流传感器的发展趋势还包括智能化、小型化、集成化。当然,这些电流传感器的安全性也在持续提升,进而提升汽车BMS系统的稳定性、灵敏性和耐久性。
因此,电流传感器对于汽车BMS来说至关重要,能够帮助其满足更高能量密度、更快速充电、更长寿命和更高安全性的需求,进而提升汽车BMS系统的性能、稳定性和可靠性。
电流传感器在BMS中的作用
在电气系统中,电量的测量对于监控、分析和控制系统都是必不可少的,而电流传感器正是将电流信号转换为另一个可分析信号的设备,按比例换算成符合标准的电压或电流信号。从类型来看,电流传感器主要分为精密电阻、电流互感器、霍尔电流传感器、开环电流传感器、闭环电流传感器、磁通门电流传感器和磁阻电流传感器等类型。电流传感器是汽车BMS系统实现基本功能的核心器件之一。比如,BMS通过采集电池模块单体电芯(支持磷酸铁锂、三元锂)的电压、温度,计算出SOC、SOH、最高单体电压/温度,最低单体电压/温度、绝缘阻值等数据。这个过程中,电流传感器通过感应电流产生电压信号,实时监测电池组中的电流变化,确保电池组在安全的电流范围内运行。
电流传感器也可以帮助BMS监测电池组的充电和放电过程。当电池组充电时,电流传感器可以帮助BMS控制充电速度和充电时间,以保护电池组的健康和寿命。在电池组放电时,电流传感器可以帮助BMS控制放电速度和电池组的剩余能量,以确保电池组不会过度放电,从而延长其使用寿命。因此,电流传感器可以保护电池组的健康和寿命,避免过度充电或过度放电。
电流传感器也能够帮助BMS构建保护系统。比如,在电池组出现异常电流(如过流、短路等)时,高精度电流传感器能够迅速响应并发出预警信号,触发BMS的保护机制,防止电池组受损或引发安全事故。
随着汽车EE架构不断升级,BMS系统也对电流传感器提出了更高的要求,要求电流传感器提供高精度、快速响应、稳定性、安全性和易于集成等突出特性。比如,在精度方面,汽车BMS要求电流传感器的精度需要达到0.5%或更高,以确保电池组电流的准确测量,进而提升电动汽车的整体性能和可靠性。
BMS推动电流传感器不断创新
为了满足汽车BMS系统在电流传感器的高性能、高安全性等方面的需求,电流传感器产品也在加速创新。在此,我们列举几款极具代表性的电流传感器产品。首先看一下来自迈来芯(Melexis)的产品。迈来芯MLX91230/MLX91231作为该公司第三代电流传感器家族中的佼佼者,是智能、高集成和高性能电流传感器的代表。其中,MLX91230 是迈来芯第三代电流传感器家族中首个亮相的智能霍尔电流传感器,符合ASIL标准,能在单个芯片上同时测量电流、电压和温度三个物理量,并配备专用的32KB闪存,为安全应用提供了理想选择。在精度方面,MLX91230能够在-40℃至125℃温度范围内具有±0.5%的精度;MLX91231能够在-40℃至125℃温度范围内具有±0.25%的精度,更胜一筹。这两款传感器采用SOCI8封装,可直接连接到12V电池或通过本地互连网络(LIN)总线或UART进行测量和诊断。MLX91230/MLX91231强大的诊断功能大大减轻了集成商在开发安全机制时的负担,包括内置的片上过流检测功能。
还有霍尼韦尔和LEM等公司专门为BMS打造的电流传感器芯片,比如霍尼韦尔的BMS 1500A ASILC系列和LEM的BMS HV HSW系列。霍尼韦尔BMS 1500A ASILC系列采用高精度测量方法监测电池电流,辅助BMS精确进行电池电量计算,测量电流可达1500Ah, 100%车规级设计,满足ISO 26262 Function safety ASILC要求,支持CAN输出方式可以和客户系统无缝配合,降低系统匹配难度;LEM的BMS HV HSW系列属于单/双霍尔效应开环单芯传感器,基于卓越的LEM霍尔ASIC技术打造,是专门为xEV 电池管理系统(BMS)打造的高精度电流传感器,具有独立双量程,高量程通道为+/- 1000A,5℃下精度为0.5 %,电绝缘为2.5kV,支持高/低边电流检测。
再看一些国内厂商的创新案例。第一个是瑞磁科技推出的BMS电驱电流检测传感器,RCF125电流传感器为一款高精度直流电流测量装置,主要安装于电池组母排,用于监测充放电电流。这款器件采用磁通门原理,无磁滞影响,零点偏置电流小于10mA,线性误差<0.1%,并且提供电源保护功能。
第二个是森尼克SCK-500C系列,满足车规级产品设计。该系列电流传感器基于磁通门技术,不仅具有高精度和低偏置电流检测的能力,也具有高低压间隔离的特性。采用单电源供电方案,支持CAN总线输出。SCK-500C系列提供精度高支持,全温区误差<0.5%,常温误差<0.3%,偏置电流小于10mA,可用于混合动力汽车和电动汽车电池组,以及电池管理应用于SOC的精确电流测量(SOC、SOH、SOF等)。
通过国际厂商和国内厂商的产品不难发现,高精度是汽车级电流传感器必备的性能,也是打造高性能BMS系统的关键。除了不断提升的精度,汽车级电流传感器的发展趋势还包括智能化、小型化、集成化。当然,这些电流传感器的安全性也在持续提升,进而提升汽车BMS系统的稳定性、灵敏性和耐久性。
结语
在汽车BMS系统打造的过程中,电流传感器是非常重要的基础器件之一。随着汽车EE架构升级,也对汽车级电流传感器提出了更高的要求,包括高精度、智能化、小型化和高安全性等,国内外相关厂商都在朝着这些方向持续迭代产品。
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