電子發燒友網報道(文/吳子鵬)在新能源汽車里,電流傳感器是系統中重要的組成部分,在汽車各個系統中發揮關鍵作用。在BMS系統中,通過檢測各個功能單元充放電的電流,可以對電池組能量進行精確地管理,并提供必要的保護功能。
因此,電流傳感器對于汽車BMS來說至關重要,能夠幫助其滿足更高能量密度、更快速充電、更長壽命和更高安全性的需求,進而提升汽車BMS系統的性能、穩定性和可靠性。
電流傳感器是汽車BMS系統實現基本功能的核心器件之一。比如,BMS通過采集電池模塊單體電芯(支持磷酸鐵鋰、三元鋰)的電壓、溫度,計算出SOC、SOH、最高單體電壓/溫度,最低單體電壓/溫度、絕緣阻值等數據。這個過程中,電流傳感器通過感應電流產生電壓信號,?實時監測電池組中的電流變化,?確保電池組在安全的電流范圍內運行。
電流傳感器也可以幫助BMS監測電池組的充電和放電過程。當電池組充電時,電流傳感器可以幫助BMS控制充電速度和充電時間,以保護電池組的健康和壽命。在電池組放電時,電流傳感器可以幫助BMS控制放電速度和電池組的剩余能量,以確保電池組不會過度放電,從而延長其使用壽命。因此,電流傳感器可以保護電池組的健康和壽命,?避免過度充電或過度放電。
電流傳感器也能夠幫助BMS構建保護系統。比如,在電池組出現異常電流(如過流、短路等)時,高精度電流傳感器能夠迅速響應并發出預警信號,觸發BMS的保護機制,防止電池組受損或引發安全事故。
隨著汽車EE架構不斷升級,BMS系統也對電流傳感器提出了更高的要求,要求電流傳感器提供高精度、快速響應、穩定性、安全性和易于集成等突出特性。比如,在精度方面,汽車BMS要求?電流傳感器的精度需要達到0.5%或更高,?以確保電池組電流的準確測量,進而提升電動汽車的整體性能和可靠性。
首先看一下來自邁來芯(Melexis)的產品。邁來芯MLX91230/MLX91231作為該公司第三代電流傳感器家族中的佼佼者,是智能、高集成和高性能電流傳感器的代表。其中,MLX91230 是邁來芯第三代電流傳感器家族中首個亮相的智能霍爾電流傳感器,符合ASIL標準,能在單個芯片上同時測量電流、電壓和溫度三個物理量,并配備專用的32KB閃存,為安全應用提供了理想選擇。在精度方面,MLX91230能夠在-40℃至125℃溫度范圍內具有±0.5%的精度;MLX91231能夠在-40℃至125℃溫度范圍內具有±0.25%的精度,更勝一籌。這兩款傳感器采用SOCI8封裝,可直接連接到12V電池或通過本地互連網絡(LIN)總線或UART進行測量和診斷。MLX91230/MLX91231強大的診斷功能大大減輕了集成商在開發安全機制時的負擔,包括內置的片上過流檢測功能。
還有霍尼韋爾和LEM等公司專門為BMS打造的電流傳感器芯片,比如霍尼韋爾的BMS 1500A ASILC系列和LEM的BMS HV HSW系列。霍尼韋爾BMS 1500A ASILC系列采用高精度測量方法監測電池電流,輔助BMS精確進行電池電量計算,測量電流可達1500Ah, 100%車規級設計,滿足ISO 26262 Function safety ASILC要求,支持CAN輸出方式可以和客戶系統無縫配合,降低系統匹配難度;LEM的BMS HV HSW系列屬于單/雙霍爾效應開環單芯傳感器,基于卓越的LEM霍爾ASIC技術打造,是專門為xEV 電池管理系統(BMS)打造的高精度電流傳感器,具有獨立雙量程,高量程通道為+/- 1000A,5℃下精度為0.5 %,電絕緣為2.5kV,支持高/低邊電流檢測。
再看一些國內廠商的創新案例。第一個是瑞磁科技推出的BMS電驅電流檢測傳感器,RCF125電流傳感器為一款高精度直流電流測量裝置,主要安裝于電池組母排,用于監測充放電電流。這款器件采用磁通門原理,無磁滯影響,零點偏置電流小于10mA,線性誤差<0.1%,并且提供電源保護功能。
第二個是森尼克SCK-500C系列,滿足車規級產品設計。該系列電流傳感器基于磁通門技術,不僅具有高精度和低偏置電流檢測的能力,也具有高低壓間隔離的特性。采用單電源供電方案,支持CAN總線輸出。SCK-500C系列提供精度高支持,全溫區誤差<0.5%,常溫誤差<0.3%,偏置電流小于10mA,可用于混合動力汽車和電動汽車電池組,以及電池管理應用于SOC的精確電流測量(SOC、SOH、SOF等)。
通過國際廠商和國內廠商的產品不難發現,高精度是汽車級電流傳感器必備的性能,也是打造高性能BMS系統的關鍵。除了不斷提升的精度,汽車級電流傳感器的發展趨勢還包括智能化、小型化、集成化。當然,這些電流傳感器的安全性也在持續提升,進而提升汽車BMS系統的穩定性、靈敏性和耐久性。
因此,電流傳感器對于汽車BMS來說至關重要,能夠幫助其滿足更高能量密度、更快速充電、更長壽命和更高安全性的需求,進而提升汽車BMS系統的性能、穩定性和可靠性。
電流傳感器在BMS中的作用
在電氣系統中,電量的測量對于監控、分析和控制系統都是必不可少的,而電流傳感器正是將電流信號轉換為另一個可分析信號的設備,按比例換算成符合標準的電壓或電流信號。從類型來看,電流傳感器主要分為精密電阻、電流互感器、霍爾電流傳感器、開環電流傳感器、閉環電流傳感器、磁通門電流傳感器和磁阻電流傳感器等類型。電流傳感器是汽車BMS系統實現基本功能的核心器件之一。比如,BMS通過采集電池模塊單體電芯(支持磷酸鐵鋰、三元鋰)的電壓、溫度,計算出SOC、SOH、最高單體電壓/溫度,最低單體電壓/溫度、絕緣阻值等數據。這個過程中,電流傳感器通過感應電流產生電壓信號,?實時監測電池組中的電流變化,?確保電池組在安全的電流范圍內運行。
電流傳感器也可以幫助BMS監測電池組的充電和放電過程。當電池組充電時,電流傳感器可以幫助BMS控制充電速度和充電時間,以保護電池組的健康和壽命。在電池組放電時,電流傳感器可以幫助BMS控制放電速度和電池組的剩余能量,以確保電池組不會過度放電,從而延長其使用壽命。因此,電流傳感器可以保護電池組的健康和壽命,?避免過度充電或過度放電。
電流傳感器也能夠幫助BMS構建保護系統。比如,在電池組出現異常電流(如過流、短路等)時,高精度電流傳感器能夠迅速響應并發出預警信號,觸發BMS的保護機制,防止電池組受損或引發安全事故。
隨著汽車EE架構不斷升級,BMS系統也對電流傳感器提出了更高的要求,要求電流傳感器提供高精度、快速響應、穩定性、安全性和易于集成等突出特性。比如,在精度方面,汽車BMS要求?電流傳感器的精度需要達到0.5%或更高,?以確保電池組電流的準確測量,進而提升電動汽車的整體性能和可靠性。
BMS推動電流傳感器不斷創新
?為了滿足汽車BMS系統在電流傳感器的高性能、高安全性等方面的需求,電流傳感器產品也在加速創新。在此,我們列舉幾款極具代表性的電流傳感器產品。首先看一下來自邁來芯(Melexis)的產品。邁來芯MLX91230/MLX91231作為該公司第三代電流傳感器家族中的佼佼者,是智能、高集成和高性能電流傳感器的代表。其中,MLX91230 是邁來芯第三代電流傳感器家族中首個亮相的智能霍爾電流傳感器,符合ASIL標準,能在單個芯片上同時測量電流、電壓和溫度三個物理量,并配備專用的32KB閃存,為安全應用提供了理想選擇。在精度方面,MLX91230能夠在-40℃至125℃溫度范圍內具有±0.5%的精度;MLX91231能夠在-40℃至125℃溫度范圍內具有±0.25%的精度,更勝一籌。這兩款傳感器采用SOCI8封裝,可直接連接到12V電池或通過本地互連網絡(LIN)總線或UART進行測量和診斷。MLX91230/MLX91231強大的診斷功能大大減輕了集成商在開發安全機制時的負擔,包括內置的片上過流檢測功能。
還有霍尼韋爾和LEM等公司專門為BMS打造的電流傳感器芯片,比如霍尼韋爾的BMS 1500A ASILC系列和LEM的BMS HV HSW系列。霍尼韋爾BMS 1500A ASILC系列采用高精度測量方法監測電池電流,輔助BMS精確進行電池電量計算,測量電流可達1500Ah, 100%車規級設計,滿足ISO 26262 Function safety ASILC要求,支持CAN輸出方式可以和客戶系統無縫配合,降低系統匹配難度;LEM的BMS HV HSW系列屬于單/雙霍爾效應開環單芯傳感器,基于卓越的LEM霍爾ASIC技術打造,是專門為xEV 電池管理系統(BMS)打造的高精度電流傳感器,具有獨立雙量程,高量程通道為+/- 1000A,5℃下精度為0.5 %,電絕緣為2.5kV,支持高/低邊電流檢測。
再看一些國內廠商的創新案例。第一個是瑞磁科技推出的BMS電驅電流檢測傳感器,RCF125電流傳感器為一款高精度直流電流測量裝置,主要安裝于電池組母排,用于監測充放電電流。這款器件采用磁通門原理,無磁滯影響,零點偏置電流小于10mA,線性誤差<0.1%,并且提供電源保護功能。
第二個是森尼克SCK-500C系列,滿足車規級產品設計。該系列電流傳感器基于磁通門技術,不僅具有高精度和低偏置電流檢測的能力,也具有高低壓間隔離的特性。采用單電源供電方案,支持CAN總線輸出。SCK-500C系列提供精度高支持,全溫區誤差<0.5%,常溫誤差<0.3%,偏置電流小于10mA,可用于混合動力汽車和電動汽車電池組,以及電池管理應用于SOC的精確電流測量(SOC、SOH、SOF等)。
通過國際廠商和國內廠商的產品不難發現,高精度是汽車級電流傳感器必備的性能,也是打造高性能BMS系統的關鍵。除了不斷提升的精度,汽車級電流傳感器的發展趨勢還包括智能化、小型化、集成化。當然,這些電流傳感器的安全性也在持續提升,進而提升汽車BMS系統的穩定性、靈敏性和耐久性。
結語
在汽車BMS系統打造的過程中,電流傳感器是非常重要的基礎器件之一。隨著汽車EE架構升級,也對汽車級電流傳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,國內外相關廠商都在朝著這些方向持續迭代產品。
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