【導(dǎo)讀】BMS（Battery Management System）稱之為電池保姆或電池管家，通過實(shí)時(shí)采集、處理、存儲(chǔ)電池組運(yùn)行過程中的重要信息，智能化管理及維護(hù)各個(gè)電池單元，防止電池出現(xiàn)過充電和過放電，延長(zhǎng)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(yùn)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(dòng)車BMS系統(tǒng)中的隔離方案
在36V~48V系統(tǒng)例如電動(dòng)自行車，電動(dòng)滑板車和電動(dòng)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(dòng)和低邊驅(qū)動(dòng)，其中低邊驅(qū)動(dòng)中的電池包和控制側(cè)只有在低邊MOS閉合時(shí)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(dá)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(shí)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(jìn)一步提高集成度，降低成本。
圖1：電動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)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(dá)到3kVrms，通信速度可達(dá)500kbps，遠(yuǎn)高于市場(chǎng)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(diǎn)，內(nèi)部集成數(shù)字隔離和接口驅(qū)動(dòng)兩種功能設(shè)計(jì)，可大幅簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜度，減少系統(tǒng)PCB的面積。
在電動(dòng)摩托車、商用三輪車和低速四輪車等60V~72V系統(tǒng)中，一般會(huì)用兩個(gè)AFE級(jí)聯(lián)，目前大部分的工業(yè)級(jí)AFE不支持菊花鏈，因此高邊AFE會(huì)使用隔離I2C和MCU進(jìn)行通信。另外，最新的電摩BMS標(biāo)準(zhǔn)中要求使用CAN通信，通信速率需達(dá)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(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)率高達(dá)150Mbps，時(shí)鐘速率可達(dá)2MHz，提供數(shù)字通道方向配置選擇，輸出默認(rèn)高電平和低電平選擇。寬供電范圍可直接對(duì)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(dá)1Mbps，遠(yuǎn)高于電摩BMS標(biāo)準(zhǔn)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(shí)，為了確保通信設(shè)備供電正常而設(shè)計(jì)的。基站備電系統(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(biāo)稱值為3.2V，故此類BMS一般為15s或16s系統(tǒng)，使用單個(gè)AFE，類似于電動(dòng)自行車BMS。在基站備電BMS中，主要會(huì)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(dòng)車BMS隔離方案中相同，在基站備電BMS系統(tǒng)中可單獨(dú)利用數(shù)字隔離器來實(shí)現(xiàn)信號(hào)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(dá)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(jià)比。
03 大型儲(chǔ)能BMS系統(tǒng)中的隔離方案
大型儲(chǔ)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(jí)聯(lián)，對(duì)可靠性安全性要求更高，一般使用車規(guī)級(jí)的AFE對(duì)電池進(jìn)行監(jiān)控，AFE之間用菊花鏈級(jí)聯(lián)。
在大型儲(chǔ)能BMS中隔離產(chǎn)品的應(yīng)用包括：
使用變壓器或電容進(jìn)行隔離通信
AFE與MCU之間通過UART或SPI或I2C通信
控制信號(hào)
總線電壓和電流采樣
控制信號(hào)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(chǔ)能BMS(高壓儲(chǔ)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(yùn)放來實(shí)現(xiàn)信號(hào)采樣，NSi1300隔離運(yùn)放芯片的輸入側(cè)采用高精密全差分放大器級(jí)，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(cè)，共模輸入電壓檢測(cè)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(shí)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(gè)濾波電容就能實(shí)現(xiàn)電源隔離和信號(hào)隔離，極大地簡(jiǎn)化了隔離電源的設(shè)計(jì)。NSiP884x 系列產(chǎn)品采用標(biāo)準(zhǔn)的 SOIC16 傳統(tǒng)封裝，制造全程穩(wěn)定可控，出廠時(shí)經(jīng)過了嚴(yán)格的耐高壓測(cè)試和性能參數(shù)測(cè)試，產(chǎn)品具有一致性高，可靠性高的特點(diǎn)，適用于對(duì)可靠性要求極高的車載和高壓應(yīng)用環(huán)境。
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