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在現(xiàn)代電動汽車和能源儲存系統(tǒng)中，電池管理系統(tǒng)（BMS）扮演著至關(guān)重要的角色。然而，由于電磁干擾的存在，BMS的穩(wěn)定性和可靠性可能受到威脅。因此，針對BMS的電磁兼容處理變得至關(guān)重要。本文將探討B(tài)MS的電磁兼容處理的重要性，并提供一些解決方案以確保BMS的正常運(yùn)行。

BMS所處整車電磁環(huán)境比較復(fù)雜，由驅(qū)動電機(jī)、DC/AC逆變回路、AC/DC整流回路、DC/DC等組成的動力系統(tǒng)在工作時電壓/電流高、功率大、開關(guān)頻率高，形成較強(qiáng)的電磁干擾，可能會影響B(tài)MS的正常工作。例如，導(dǎo)致采集的電池電壓、電流出現(xiàn)錯誤。

1、低壓/高壓系統(tǒng)干擾

12V低壓系統(tǒng)的開關(guān)、繼電器、直流電機(jī)等電感性器件在通斷時會產(chǎn)生較大的~1ms左右瞬變電壓，幅值可達(dá)-100V。瞬變電壓的耦合方式為傳導(dǎo)耦合，通過共用電源耦合到其他電子系統(tǒng)。另外，各種控制器等部件的主芯片、時鐘電路、觸發(fā)電路、數(shù)據(jù)線、信號線等在工作時，會產(chǎn)生頻段覆蓋150kHz-2.5GHz的電磁干擾。其他一些電器，例如：有刷直流電機(jī)、機(jī)械式電喇叭、點火系統(tǒng)等工作時產(chǎn)生的電火花也可能形成頻譜很寬的輻射噪聲。

高壓動力系統(tǒng)工作時，電機(jī)控制器和直流變化器的開關(guān)器件IGBT、功率二極管工作在高速開關(guān)狀態(tài)，形成很高的du/dt和di/dt，產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干擾，并以傳到和輻射方式影響B(tài)MS正常工作。

2、BMS耦合干擾

下圖是BMS硬件電路示意圖，電路主要包括：電源模塊、傳感器模塊、保護(hù)模塊、MCU模塊和通信模塊等。此外，BMS由于散熱、線束連接等需要，其外殼不可避免留有各種孔隙，外部或內(nèi)部的電磁能量通過這些孔隙能夠耦合進(jìn)或輻射出殼體，影響電磁兼容性。BMS的電路板上有晶振、DSP芯片等大量電磁干擾器件，這增加了外殼的電磁泄露。對于采用金屬鋁制外殼的BMS，電磁干擾對BMS的耦合途徑包括：車內(nèi)低頻瞬態(tài)和各種干擾以共模或差模干擾的形式直接通過BMS電源線耦合進(jìn)BMS，而車內(nèi)各種輻射干擾把能量耦合在BMS的連接線束，形成共模干擾電流后耦合進(jìn)BMS。



3、BMS抗電磁干擾方法

根據(jù)BMS外部的電磁干擾源和耦合機(jī)理，可以在BMS的電路設(shè)計、PCB設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面采取EMC設(shè)計。通常，重點需要注意的部分包括：電源電路、敏感小信號采集電路、PCB元件布局和布線、PCB的EMC仿真分析和軟件濾波技術(shù)等。

供電電源電路

BMS電源線與12V鉛酸電池、DC/DC低壓輸出端、電機(jī)控制器低壓電源端并聯(lián)，并與其他車用電氣設(shè)備共用電源，DC/DC和其他用電設(shè)備產(chǎn)生的低頻瞬態(tài)和高頻干擾、共模干擾通過電源耦合進(jìn)BMS。通常可以考慮采取的措施：加入瞬態(tài)電壓抑制器TVS，抑制電源輸入中的瞬態(tài)干擾、提供ESD（靜電放電）防護(hù)；采用大電流磁珠抑制電源輸入中的高頻干擾、同時抑制BMS內(nèi)部向外發(fā)射高頻干擾；構(gòu)筑共模濾波器過濾電源輸入中的共模噪聲和諧波干擾；構(gòu)成LC濾波電路濾除電源輸入中的差模干擾。

BMS內(nèi)的另外一個電源是5V電源，該電源穩(wěn)定性和抗干擾性直接影響信號采集準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。例如，采用LC π型差模濾波電路可以過濾電源線的差模干擾，一定程度上也可以抑制BMS板內(nèi)可能傳導(dǎo)到外部的差模干擾。

模擬電源可以為BMS模擬采集運(yùn)放電路提供穩(wěn)定的電源。例如，在具有正負(fù)輸出電壓的單端反激型開關(guān)穩(wěn)壓電路中，工作基頻的選擇需要避開傳導(dǎo)和輻射抗擾度等較敏感的頻率段。

敏感信號采集電路

電池電流信號屬于mV級弱信號。例如，采用Mn-Cu精密分流器作為傳感器時，信號幅度小，容易干擾，造成采集的電流不準(zhǔn)，這種情況可以考慮在BMS輸入端采用共模抑制電感和電容對采集的信號進(jìn)行共模濾波處理。

接口電路

每個引腳采用串聯(lián)磁珠和并聯(lián)去耦電容，過濾外部高頻干擾的傳導(dǎo)耦合。磁珠和電容的選擇既要有效過濾高頻干擾，又要考慮引腳信號的電平變化速度和電流大小，綜合考慮電容值大小、封裝形式和寄生參數(shù)，引腳需要選用不同的磁珠和旁路電容。

PCB設(shè)計

通常BMS四層電路板中，中間兩層為電源層和接地層，頂層和底層為信號層。電源層分為5V數(shù)字電源、12V和15V模擬電源，按照功能將接地層隔離開，為模擬電路、數(shù)字電路和大電流功率輸出電路設(shè)置單獨的地，重點是減小信號采集電路走線長度。還可以使用EMC仿真軟件對PCB進(jìn)行建模仿真，進(jìn)行優(yōu)化。采用鋁制外殼的BMS，PCB四周進(jìn)行覆銅，并良好接地，也可以獲得較好的屏蔽效果。

軟件濾波

除了硬件的ECM措施之外，還可以采用一階滯后濾波等常見軟件濾波方法，可有效消除采集數(shù)據(jù)過程中的瞬間脈沖干擾、隨機(jī)干擾，讓信號更加平滑，防止瞬間異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)。

以下是電磁兼容的一般性概念

電磁兼容（EMC，electromagnetic compatibility）包括兩個方面的內(nèi)容：一方面是設(shè)備能夠在規(guī)定電磁環(huán)境下正常工作，即滿足電磁敏感性（EMS，electromagnetic sensitivity）要求，另一方面設(shè)備本身產(chǎn)生的電磁干擾（EMI，electromagnetic interference）也不能干擾其他設(shè)備的工作，即需要滿足電磁發(fā)射（EME，electromagnetic emission）要求。

一般的電路設(shè)計中需要考慮的電磁兼容問題：

1、器件選取

在設(shè)計中盡量少用低電平電子器件，也不盲目選擇高速器件。選擇高速器件的時候，在PCB設(shè)計中應(yīng)該采取相應(yīng)措施。

2、PCB設(shè)計

在高速數(shù)字電路中，電源與地層應(yīng)盡可能靠近一平面，中間不安排布線。所有布線層都盡量靠近一平面，優(yōu)先選擇地平面作為隔離層。盡量為時鐘信號、高頻信號和敏感信號燈關(guān)鍵信號提供專門的布線層，保證其最小的回路面積。采取手工優(yōu)先布線、屏蔽和加大安全間距等方法。電源層和底層之間的 EMC環(huán)境較差，避免布置對干擾敏感的信號。

3、原件布局

使用相同電源的原件應(yīng)盡量放在一起，以便后面的電源分割。集成電路的去耦電容應(yīng)盡量靠近芯片的電源教，高頻最靠近原則，形成電源與地之間的最短回路。旁路電容均勻分布在集成電路四周。用于阻抗匹配的阻容器件應(yīng)根據(jù)其屬性合理布局。匹配電容電阻的布局要分清用法，對于多負(fù)載的終端匹配一定要放在信號的最遠(yuǎn)端進(jìn)行匹配。匹配電阻布局要靠近該信號的驅(qū)動端，距離一般不超過500mil。

4、系統(tǒng)濾波及接地

PCB的輸入電源在其輸入端使用一個大容量電解電容進(jìn)行容性濾波，

根據(jù)頻率選10-100µF，與0.1µF電容僅靠并聯(lián)。集成元件濾波應(yīng)通過集成電路的VCC/GND引腳，接0.01µF電容實現(xiàn)，VCC/GND引腳與電容的間隔應(yīng)靠近，電容引線極可能短，使寄生電容最小。至少每3個原件應(yīng)有一個最小為0.001µF的電容。在并聯(lián)諧振回路中，電感和電容應(yīng)取一點接地，使諧振回路本身形成一個閉合回路，此時高頻大電流將不通過接地面，從而抑制產(chǎn)生地回路干擾。

電動汽車高壓、低壓系統(tǒng)的電磁干擾源。

綜上所述，BMS的電磁兼容處理對于電動汽車和能源儲存系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性至關(guān)重要。通過采取適當(dāng)?shù)拇胧?，例如電磁屏蔽、濾波器和合適的布線，可以有效地減輕電磁干擾對BMS的影響。只有確保BMS的正常運(yùn)行，我們才能充分發(fā)揮電動汽車和能源儲存系統(tǒng)的優(yōu)勢，并推動可持續(xù)能源的發(fā)展。

原標(biāo)題：BMS的電磁兼容處理：電池管理系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性的保障