車輛中 48V 電池系統(tǒng)的激增產(chǎn)生了對高精度、數(shù)十年電流測量的需求，以最大限度地提高電池管理系統(tǒng) (BMS) 的效率。在本文中，我將討論測量長達五個十年的電流時面臨的挑戰(zhàn)，并分析解決這一挑戰(zhàn)的方法。我還將討論其他診斷功能如何幫助您進行功能安全計算。

48V BMS 中的電流測量

讓我們首先通過查看圖 1 來分析 BMS 中電流測量發(fā)生的位置。

圖 1：簡化的汽車 BMS 電流測量位置標識為堆棧頂部或堆棧底部

如圖 1 所示，兩個最常見的位置是堆棧頂部或堆棧底部。

對于大多數(shù) 48-V BMS，實施堆棧頂部位置可檢測更多潛在故障條件。

許多 BMS 將實施兩項測量來滿足其功能安全目標。其中之一必須是高精度的，以便監(jiān)控電池的充電狀態(tài)。第二次測量不需要這樣的精度——它只是為了比較，以確保主要測量在正確的范圍內。二次測量通常在一次測量的相反位置（堆棧底部），因此使用完全不同的分流電阻?；蛘?，使用諸如磁電流傳感器之類的不同技術可以提供功能安全冗余路徑。

48V BMS 需要數(shù)十年的測量范圍

接下來，我想討論為什么汽車 BMS 應用可能需要跨數(shù)十年的電流進行測量。兩種運行模式?jīng)Q定了該范圍的高端：電池充電和牽引電機運行。

這兩個用例中的任何一個都可能會看到高達 1,000 A 的電流。48 V 電池的快速充電將需要這種水平的高電流以最大限度地縮短充電時間，而最大扭矩下的牽引電機可能需要支持 1,000-峰值電流能力。這兩個用例還強調了雙向電流測量的必要性，如圖 2 所示。

圖 2：汽車 BMS 電流測量同時具有拉電流和灌電流要求

充電時，電池將從車載充電系統(tǒng)吸收電流，并在車輛行駛時向牽引逆變器提供電流。

當前使用范圍的另一端是用于車輛關閉操作的 100 mA 范圍，例如遠程啟動監(jiān)控、無鑰匙進入或系統(tǒng)固件更新。

五年的挑戰(zhàn)

既然您了解了為什么需要 5 個十年，那么您的第一步是確定測量最大電流電平所需的分流電阻值。除了最大電流電平外，您還需要測量設備的滿量程輸入來進行此計算。對于雙向模擬輸出設備，電源電壓、電源擺幅和參考電壓（輸入為零時設置輸出電平的電壓）將決定最大輸出擺幅；將最大輸出擺幅除以增益確定滿量程輸入范圍。對于數(shù)字設備，數(shù)據(jù)表通常定義滿量程輸入。然后，您只需使用等式 1 和 2 將滿量程輸入值除以最大電流即可確定最大分流電阻值。

模擬輸出：   

    (1)

數(shù)字輸出：                       

 (2)

實際的分流電阻值應小于計算值，以確保您遠離由系統(tǒng)容差引起的任何飽和。

一旦您選擇了分流電阻值，下一個要考慮的事項是您在實現(xiàn)中可以接受的錯誤級別。公式 3 是用于計算誤差的和方根 (RSS) 公式，因為從統(tǒng)計上講，所有誤差都不可能同時處于最差狀態(tài)：

   (3)

我之前提到的視頻系列也有關于這些計算的詳細信息。

在我的計算中，我將 TI INA240-Q1（特別是具有 20 V/V 增益的 INA240A1-Q1 選項），一種超精密高壓 (80-V) 模擬電流檢測放大器，與 INA229-Q1 進行了比較， 20 位、85V 數(shù)字電源監(jiān)視器。表 1 總結了從器件規(guī)格開始的最大分流值和預期誤差計算。

表 1：計算需要 ±1,000A 能力的 48V 汽車 BMS 應用的最大分流值和預期誤差

解決了五個十年的挑戰(zhàn)！

如您所見，解決 48-V BMS 的五個十年挑戰(zhàn)需要：

· 足夠大的滿量程輸入范圍可在最大電流下啟用足夠大的分流電阻，從而克服失調誤差。

· 低總輸入失調電壓，包括共模抑制比和電源抑制的影響，可實現(xiàn)由最大電流電平驅動的低歐姆分流器。

INA229-Q1 的 164mV 滿量程輸入范圍和 48V 共模電壓下的最大 2μV 總失調電壓可在單個分流電阻器上使用單個器件進行 5 個十年的測量。此外，該器件還具有監(jiān)控 48V 電池電壓的能力，并結合靈活的警報選項，例如過壓和欠壓以及過流和欠流。