电动汽车电池管理系统抗干扰设计

电动汽车电池管理系统抗干扰设计

王恒

奇瑞新能源汽车股份有限公司       安徽 芜湖    241000

摘要：伴随着全球经济的飞速发展，人类的生活模式也随之变化。汽车这种方便快捷的运输方式，已成为城市运输方式的主要组成部分。但是，在当前能源短缺、石油价格上涨、城市环境污染日益严峻的情况下，传统燃油车已经面临着巨大的安全隐患。在此背景下，汽车新能源的发展与应用已成为汽车行业一个重大的研究问题。在新能源体系里，电能是必不可少的一部分。本文对电动汽车电池管理系统进行概述，并对其抗干扰设计进行探讨，希望有助于有关工作的开展。

关键词：电动汽车；电池管理；抗干扰设计

引言

由于电动汽车中大量使用了电子器件，使得车载电磁系统的复杂度大大增加。电池管理系统是一种重要的电动汽车核心技术，它的主要作用是对电动汽车的能量来源一电池起监控与保护作用，然而，由于电动汽车在复杂工作条件下，往往会遭受多种不同类型的电磁波的干扰，从而导致了数据采集失误，从而无法有效地发挥其监控与保护作用，为此，有必要对其进行抗干扰的研究。

一、电池管理系统干扰源

（一）温度干扰

由于电动汽车的用途广泛，所以需要在各种工况下均能工作。比如，在两极严寒、热区， BMS既要满足最小、最大的工作温度，又要能适应多变的气候条件。对于一辆电动汽车来说，其车体内的温度通常在-40～85摄氏度之间，因为温度太高或者太低，都会使 BMS中的电子模块发生故障，与此同时，某些芯片因为温度的改变而被干扰，还会出现温漂现象，这就会对电池管理系统的稳定性造成很大的影响，所以，电池管理系统就必须要进行温度干扰测试、

（二）湿度干扰

所谓湿度，就是空气中的水蒸气所占的比例，在一定温度下，湿度越大，车外空气中的水分就会越多。由于处于大气环境，电动汽车必须适应各种严酷环境，比如在炎热潮湿的热带森林或者干旱的沙漠地区。当外部环境的水分较高时，更多水蒸气会涌入到电池管理系统中，从而造成 BMS绝缘性能降低，材料老化加剧，以及电子设备的腐蚀，所以，电池管理系统必须要进行抗湿热试验，以保证其满足需求[1]。

（三）车内电磁干扰

由于在电动汽车中，有大量的电子设备，其结构非常复杂，在车内还会采用高电压功率线束和控制器，这就造成了与传统内燃机汽车相比，电动汽车的电磁干扰更加严重。从图1可以看出，电动汽车电磁兼容性由三部分组成：干扰源、敏感器件、耦合通路。

图1 电磁兼容性三要素

二、BMS系统模型

（一）主控模块

主控制模块负责对整体 BMS系统进行整体操作，并与显示模块、均衡模块及数据处理模块之间的通讯，如 CAN总线，串行总线，SPI总线等。对各个模块的工作进行控制和协调，完成对电池组总电压、总电流的统计和计算，从而达到对 SOC的计算。

（二）显示模块

在显示模块中，其功能是让使用者可以看到系统的工作状况和信息，并给使用者以警告、提示。另外，显示模块也包括设置系统参数。

（三）上位机模块

上位机模块的核心部分是对系统中的历史资料进行整理和导出。并为使用者提供可进行历史资料的分析。此外，还要具备设置系统参数的能力，利用U盘作为传递媒体，将系统参数的相关数据传递给主控模块。

图2 BMS系统模块图

（四）均衡模块

可充电的蓄电池有一个使用寿命问题，如果长时间不均衡的话，就会导致某些蓄电池的寿命降低，进而对整体电池系统的运转产生影响。均衡模块的实现是：在电池箱内的电池电压不超过规定数值，在充电电流低于某一数值后，可以自动地对电池进行平衡，从而确保每个电池的使用量的均衡。

（五）采集模块

数据采集模块是完成对电池包中电压，电流，温度等数据的采集。电池管理系统包括了多个采集模块，每一个采集模块都可以对一个电池组进行控制，可以对16节电池端电压及16个测量点温度进行测量，还可以对1路风扇进行控制，将其安装在电池箱内。

三、硬件抗干扰设计

（一）信号采集电路设计

BMS信号采集电路的前端，易受高强度电磁干扰的影响，而采集串联电池组的电压又会带来高共模电压，这些共模干扰会损坏采集模块，使得 BMS相应的模块无法准确地采集到数据。在优化之前， BMS的总电流采集过程使用的是Mn-Cu合金电阻 Shunt型传感器，但因为其输出的信号为 mV级，受到外部干扰的可能性很大，所以，所获得的总电流精度不高。为此，采用霍尔电流型CHB-200SF作为采集电池组总电流，0-300 A的测试范围，采用霍尔磁场补偿技术，实现对测量总电流的有效隔离，并具备快速响应、良好线性、高带宽、高精度和高抗干扰能力等特点[2]。

（二）电源设计

由于12 V电源线路与车载蓄电池并联接在一起，且与车载的各种低电压装置采用搭铁共地方式，地面信号较为复杂，对电源线路的影响较大。车载环境下，车辆的谐波、差波等噪声会以辐射、导电等形式传递至车辆的电源线路，同时，车辆的浪涌等干扰也会经由电源线路传递至BMS，进而影响BMS的正常工作，进而导致BM电源S的抗干扰能力下降。

（三）CAN总线抗干扰设计

通过单片机对采集到的数据进行处理，并通过 CAN总线将其传送给主控制器。同时，由 BMS主机发出命令，经 CAN总线控制数据采集模块工作。因为 BMS采集模块采集到的电压值很小，所以在经过 CAN总线传输的过程中，很容易被电动汽车上的电磁干扰所影响，所以必须对采集到的 CAN总线进行屏蔽和滤波。

四、BMS外壳屏蔽设计

BMS外部工作环境十分恶劣，极易遭受车辆内部50Hz-2GHz的电磁辐射，对其外壳提出了更高要求。使用2毫米厚度的铝板作屏蔽外壳，铝板在高频率下具有良好的防护效果，可将外部的高频率辐射阻隔在外。在与金属壳体相连的地方，采用导电衬垫，使得整体壳体具有很好的导电能力，并能很好地阻止辐射透过缝隙对内部元件进行干扰。当外壳上出现细小的空隙时，可以采用铝箔来遮蔽空隙，从而避免外部干扰信号。因为 BMS很容易受到静电的干扰，所以要把 BMS的外壳和汽车进行良好搭接，在搭接的地方要保证阻抗低、搭接面积大，这对减少静电对 BMS的内部模块所带来的损害有很大帮助。

总结语

作为整车的核心组成部分，电池管理系统BMS所受到的电磁干扰将会对其数据采集的准确性和工作状态产生很大不利影响，从而导致整体车辆的可靠性下降。通过对BMS系统模型的功能研究，并通过设计采集电路、电源、 CAN总线的抗干扰设计，以及外壳屏蔽设计等来提高电池管理系统的抗干扰能力。通过文章研究，将为电动汽车电磁兼容性能较弱的电动汽车提供重要的理论依据和技术支持，对于提升电动汽车的抗干扰性能和安全性能具有重要意义。

参考文献

[1]曹铭,孙庆华,何剑平.电动汽车电池管理系统抗干扰设计与测试[J].电源技术,2018,42(02):271-273+319.

[2]何剑平.电动汽车电池管理系统抗干扰性研究[D].南昌大学,2016.