BMS中传感器的功能与原理解析

发布时间：2022-01-27

来源：罗姆半导体社区 (https://rohm.eefocus.com)

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BMS，即电池管理系统，连接电动汽车与锂电池，扮演着主要的沟通桥梁。BMS是一套用于监控、管理和使用车载锂电池组的系统，其主要功能包括检测锂电池的工作情况、提高锂电池的利用效率、预防过度充（放）电，并延长锂电池的使用寿命。在BMS中广泛应用了各种传感器，发挥着不可替代的作用。本文将介绍BMS中常见的传感器应用。

电压传感器

电动汽车的供电系统由许多串联的电芯组成，因此需要大量的通道来测量电压。电压传感器是一种能感知被测电压并转换为可用输出信号的传感器。常见的电压传感器包括霍尔电压传感器、电磁感应电压传感器、光电隔离电压传感器和电隔离电压传感器等。其中，霍尔电压传感器实际上是一种特殊的原边多匝霍尔闭环电流传感器。其工作原理基于霍尔闭环零磁通原理，如图1所示。工作过程如下：原边电压Up经过原边电阻R1转换为原边电流Ip，Ip产生的磁通量与经放大的霍尔电压产生的副边电流Is通过副边线圈所产生的磁通量相平衡，如图2所示。副边电流Is精确地反映了原边电压。因此，霍尔电压传感器可以测量直流电压、交流电压和混合波形电压，与IGBT等器件一起构成了电力电子的核心，在电动汽车、光伏、整流、电镀等领域得到广泛应用。

电流传感器

在传统燃油汽车中，常用的电流传感器包括霍尔效应（Hall Effect）电流传感器、磁通门（FluxGate）电流传感器和穿隧磁阻效应（TMR）电流传感器。而目前在电动汽车的BMS中，技术上最先进的是一种基于磁通门原理的间接式测量电流传感器，由联合电子公司研发。该传感器能够测量动力电池组母线的电流，量程为±500A，全温度全电流精度可达0.5%。它安装在电池组内的配电盒中，通过CAN总线与BMS进行通信，并具备自诊断功能，能够为系统提供高精度和高可靠性的电流数据。

表1：常见的闭环磁通门电流传感器

温度传感器

温度对于BMS的性能发挥具有重要意义。为了进一步提高电池的利用率、避免电池过度放（充）电、掌控电池的工况并延长电池的使用寿命，需要对BMS的温度进行精确监控。常见的温度传感器包括IC温度传感器、PTC正温度系数热敏电阻传感器、CTR临界温度系数热敏电阻传感器和NTC负温度系数热敏电阻传感器。

湿度传感器

湿度传感器是一种能够将环境湿度转换为电信号进行标记的设备或装置，常用于测量相对湿度[7]。目前，在电动汽车的BMS中，常见的湿度传感器包括电阻式湿敏元件和电容式湿敏元件。这些传感器的工作原理是在基片上涂覆一层感湿材料薄膜，当环境中的水蒸气吸附到薄膜上时，元件的电阻率和电阻值会发生变化，从而可以测量湿度。其结构如图5所示。

位置传感器

BMS中的位置传感器是根据《电池温控管理系统及电动汽车》实用新型专利提出的一种液位传感器。它主要用于检测BMS系统中水冷装置中冷却液的位置情况。位置传感器安装在冷却水浮漂上，用于监测冷却液与膨胀水壶液面的接触情况。这种传感器采用浮球式液位传感器进行机械式检测，其工作原理如图6所示。通常需要至少三个浮漂，并在每个浮漂上安装位置传感器，以便在车辆行驶过陡坡等路段或冷却系统中存在大量气泡时，BMS能够及时调节控制主水泵和副水泵的切换运行。

结语

除了上述列举的传感器，BMS还应用了其他传感器技术，为电动汽车管理系统提供高效的节能方法，促进汽车电池管理和电子控制技术的繁荣发展，并在各个领域得到广泛应用。