图1:高压电池系统结构及保护需求
上图中,1代表对传感器线路进行短路保护的传感器线路保险丝;2代表电池监测集成电路传感器线路输入过电压保护;3代表菊链I/F的过电压/ESD保护;4代表整个电池串上的高电压TVS用于瞬变保护;5代表CAN总线I/F的过电压/ESD保护;6代表用于电力线保护的高电压/高电流保险丝。)
任何类型电动汽车的电池管理系统都是高度复杂和任务关键性系统,需要精心选择和正确放置的保护元件进行过电压和短路保护。上图为Littelfuse的保护方案。以cell为单位进行主动/被动均衡传输,每条传感线上都要有过压过流保护,另外CAN总线上需要有对通信接口的ESD。“由一个主芯片来控制12-16路传感/均衡线,和CAN总线的接口也要保护。如果是700V的电池组,就需要180~200路的保护,十几个类似的接口。”查勇指出。
更进一步的安全:把保护做进电池里
对温度敏感是锂电天生的缺陷,如果过充过载,很容易起火燃烧甚至爆炸。但是,铁锂、三元锂等不同材料的电池在大部分系统设计者的眼里都是一样的,一般只需要关注基本点,保持电池充放电和工作安全运行即可。
“针对不同材料的电池,业界在板级保护方面目前并没有不同,只是根据电流电压作参数来进行设计保护,而从不关注是用哪种类型的电池。”查勇指出,一般提到BMS保护就是在电流回路里做过流和过压保护,以防止在极端电压条件下发生过负载、过充、或着短路着火等情况。
在板级的保护虽然没有不同,但是Littelfuse针对不同材料的锂电池,和主要电芯供应商,包括日本、韩国和国内的厂商,探讨更深层次的、更全面的动力电池的保护,深入涉及到保护材料,比如PTC正温度系数电阻材料,并设法把这个材料植入进电池的正极,也就是说从电池单体上就做到完整的保护。
Littelfuse在去年收购了TE的电路保护部门(Ray Chem),该业务部在基于聚合物的自恢复电路保护领域非常出色。
保险丝认证测试
Littelfuse是汽车保险丝的发明者,但电动车的保险丝和汽油车还是有区别的,以贴片型保险丝替代了传统上的刀片型插件。
然而在汽车中使用的电子保险丝现在还没有统一的官方标准,企业只是根据自己的经验提供一些性能参数。Littelfuse根据AEC-Q200准则制定了一项测试计划,对保险丝对汽车应用