BMS隔离通信与电源的解决方案

[德诚四方]

来源 |新能源BMS

导语：BMS是电动汽车电池管理系统是连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带。BMS实时采集、处理、存储电池组运行过程中的重要信息，与外部设备如整车控制器交换信息，解决锂电池系统中安全性、可用性、易用性、使用寿命等关键问题。主要作用是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。通俗的讲，就是一套管理、控制、使用电池组的系统。

动力电池BMS系统主要就是为了智能化管理及维护各个电池单元，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。BMS电池管理系统单元包括BMS电池管理系统、控制模组、显示模组、无线通信模组、电气设备、用于为电气设备供电的电池组以及用于采集电池组的电池信息的采集模组，所述BMS电池管理系统通过通信接口分别与无线通信模组及显示模组连接，所述采集模组的输出端与BMS电池管理系统的输入端连接，所述BMS电池管理系统的输出端与控制模组的输入端连接，所述控制模组分别与电池组及电气设备连接，所述BMS电池管理系统通过无线通信模块与Server服务器端连接。

一、电池管理系统（BMS）概述滑板车保护板

BMS基本功能和作用我不再啰嗦，网上搜索一大堆，不见得我写的比别人全面；BMS大概就像是给锂离子电池的请的保姆，如果没有它，锂离子电池一旦闹起来就不可收拾；所以我一直认为BMS只是一个临时工，等到锂离子电池成熟长大了，也就不需要BMS了，我也就失业了，嗯，失业后我就去写小说，也不晓得有没有人看。

首先纠正关于BMS的定义，在国标QC/T897-2011中是如下描述的：

标准中定义BMS包括控制器与采集器，是个电子部件；其中控制器叫做BCU，采集器叫做BE，后者名字虽然比较挫，但血脉正统。

然而现实中的叫法就各显神通了，控制器的叫法有BCU、BMU、BMC、BECU等，采集器的叫法有BMU、BIC、CMU、CMC等；叫法不重要，统一语言就好。

接着还是不能避免看看BMS的在电池包中位置，如下简图：

BMS一般置于电池包的内部，也有将控制器拿出来放到外面的；说起来这个，现在流行方案打包组合，三合一、四合一啥的，将OBCDCDCMCUVCU什么的各种组合，还有提出将BMS里面的控制器拿出来和VCU等等组合到一起。

就单单拿控制器来说，基本功能需求与实现方案与以前相比倒没有大的变化，但增多了一项功能安全的需求。滑板车保护板功能安全是一个系统工程，最后落到控制器硬件上面，就要求我们选型复杂芯片时（例如单片机、电源芯片等），选择带有功能安全认证的芯片。而且方案设计一开始就要把功能安全理念融入进去，这个对硬件工程师提出了更高的要求，需要从系统的角度来考虑，要进一步掌握整车的运行场景，对硬件工程师来讲是一件好事。功能安全主要解决安全的问题，但与产品的可靠性不是一回事，不见得就会提升产品的可靠性，甚至有可能降低产品的可靠性；而且成本的折中也是一个难题。

采集器一定是放在电池包内部的，但都是内部，有的集成在Module内部，有的放在Module上，还有通过长长的线束与电池连接的集中式方案。

采集器的技术方案最早是用分立元件搭接采样电路（虽然目前还少量存在），后来就逐渐被目前的集成AFE所替代；拓扑方式倒是多种共存，分布式、集中式（最近看到很多集中式的需求），或者二者结合；通信拓扑也有CAN、菊花链方案等。

采集器里面的关键芯片AFE，基本被国外大厂所垄断，国内起步较晚；尤其是美国半导体厂家：美信、ADI、TI，其他国家还有松下、ST、NXP等等，这个里面可以说的东西蛮多的，后面慢慢写。

BMS设计一直被别人诟病，因为它不像功率电路那样用几个关键指标就能来证明其竞争力；滑板车保护板对于BMS，别人会说采样是用AFE实现的，是半导体厂商做的好，和硬件设计者关系不大；SOX计算的精度又太难被证明，就造成了一个尴尬的局面：硬件难以证明优秀，软件很难证明优秀，让人觉得没啥技术含量。

这是因为BMS入门的门槛较低，像乐器中的吉他，学过一节课就能53231323地弹着，貌似很厉害，其实起步还算不上；很多人用了一小时功夫就能把BMS的实现方案了解得差不多，其实还差很远。还有可能是BMS基本属于数字电路范畴，缺少了功率电路神秘性。

不去讲BMS涉及的知识范围，单说BMS处理信号的数量就足够多，而且处理对象还是最复杂的电芯，还要适配不同种类的电芯。BMS处理的信号也足够丰富：电芯、碰撞、CAN、充电、水泵、高压、绝缘等等，每一种后面都会牵扯出一系列的知识点。

注：图片来源于https://book.liionbms.com/

总结

想要做好BMS，需要了解掌握的东西太多。滑板车保护板最基础的器件生产工艺、器件选型、器件失效模式就需要我们花大量的时间去学习，而且涉及的器件种类又很多；然后就是各种标准，包括测试标准、设计标准等；接着才到电路的具体设计，降额设计，PCB设计等等；然后再到功能、性能的验证和整改；BMS没有因为看起来简单而省略掉任何的步骤，相反，因为BMS最靠近电池，往往受到的冲击更为强烈，给它带来许多设计上独特的地方。

二、BMS隔离通信与电源的解决方案

前面分析了一些厂家的BMS，有些样机还没时间整理出来，只是提前看了下；通过拆解，获得了一些信息，就想把一些关键的设计方案拿出来再比较一下；这次先说说高低压隔离通信与隔离电源的几种方案。

BMS上有低压电路，也有高压电路，这个大家都知道；高低压电路之间是需要进行通信的，将高压采样的结果传递出来，这就需要使用通信隔离芯片，而隔离芯片的隔离两边都是需要供电的；另外高压电路采样是需要ADC的，ADC同样也是需要供电的；这里就先把隔离通信与隔离电源的作用简单做了一些介绍。

接下来介绍几种隔离通信与隔离电源的实现方案。

方案一：菊花链通信方案

这种方案常出现在从控上，借助AFE特有的Daisy-Chain隔离通信功能，通过变压器（或电容）实现高低压之间通信的隔离，而且高压端的AFE完全从电池侧取电，不用再额外提供电源；滑板车保护板例如之前分析小鹏的采样板，采用LTC6811和变压器实现的与低压端MCU隔离通信。

方案二：高低压隔离两边自己供电

这个方案进一步解释是这样的，首先采用了一个数字隔离芯片用于通信，隔离芯片的隔离两边都需要供电，然后高压侧由电池通过电压变换来供电，低压侧由低压供电；之前分析过特斯拉的MODEL S中的采样板是这个架构，如下图所示，感兴趣可以翻翻我之前发的拆解总结。

方案三：用成熟的隔离电源模块

这种方案是指使用一个独立的电源模块去供电，之前有分析过亿能EV05 BMU，里面高低压隔离方案如下：隔离芯片为ISO7241，低压端由低压的5V供电；通过金升阳的一款隔离电源模块F0509实现高压端的9V电源输出，然后通过LDO转成高压端的5V，给隔离芯片供电。

方案四：数字隔离器自带隔离电源

这个方案只需要一个合适的自带隔离电源的数字隔离器即可实现，例如ADI的ADUM5401。之前在分析蓝威的采集板时，就遇到了此种方案，如下图所示：ADUM5401自带5V-5V的隔离电源，不需要额外的隔离电源。

方案五：外部搭建隔离电源

这种方案就是完全自己搭建一个隔离电源，实现5V-5V，给数字隔离芯片供电。滑板车保护板例如下图中，通过变压器驱动芯片SN6501实现推挽的电源拓扑设计。麻烦的地方可能是变压器的设计，不过，很多变压器厂家也提供了变压器标准品供客户直接选用，而省去了自行设计与认证的时间。

方案六：隔离芯片自带驱动电路，外部放置变压器

当然，还存在一种方案，是方案四、方案五的一种综合情况：数字隔离芯片中集成了隔离电源，但是需要外置变压器。例如下图中来自于SILICON LABS的SI88X4X系列，外部只需要放置变压器和少量被动器件即可实现隔离电源方案。

总结：

上面的几种方案是比较常见的方案，拆解的各家BMS基本都会涉及其中一种；至于说哪种方案更好，就需要各位自行去判断了；我写的比较概括，实际每一种方案实现起来都要小心谨慎；以上所有，仅供参考。返回搜狐，查看更多

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