初步探讨BMS采样板的热插拔知识

lixinfu

个人认为BMS硬件设计有两个难题，一是绝缘检测电路设计，另外一个就是AFE的防护设计。热插拔也是AFE防护设计需要考虑的一种场景，今天就总结下热插拔的相关知识。
之前有经历过在模组上拔插采样板的时候，第一次没啥问题，第二次采样板就冒烟了，当时心情很复杂。


定义：
热插拔（Hot Plug\Hot Swap），即带电插拔，指的是在不关闭系统电源的情况下，将模块、板卡插入或拔出系统；我们的目的是在热插拔的场景下，不会损坏单板硬件。这个概念最早来自于服务器领域，很多板卡、背板都是要满足热插拔测试的。


BMS里面更让人关注的是采样板AFE处的热插拔情况，类似下图这种场景，把单体电压、温度采样的连接器与采样板进行插拔时，要求不能损坏采样板器件。


损坏机理：热插拔损坏机理主要就是器件过功率，可能是过流、也可能是过压。一般AFE的采样端口处都会放置RC滤波，而且电容C又可能是共模电容或差模电容；如下图中，当插入连接器时，在电容C40上可能会存在这样的一个电流路径，对电容进行充电，那么就有可能超出前面的R75的功率限制，进一步可能烧毁R75。


上图的电流路径走的是AFE外部，当然也会有走内部的情况；由于连接器插入时，引脚的顺序是不固定的，那么就可能存在下图中的场景，电流通过AFE内部寄生二极管形成了一个不寻常的充电路径，这样也可能会损坏AFE。


也有这样的情况，由于两个引脚的上电顺序不一致，可能在两个引脚之间存在一个压差，导致内部的保护二极管动作，也有可能这个能量超出其承受能力，造成AFE损坏，如下图示意。


还有就是模组上面采样线如果采用FPC，那么FPC上面的走线保险丝也是容易被热插拔损坏的地方。


上面的几种情况只是一个示例，如果真发生热插拔损坏，其实真的很难定位问题。因为AFE内部设计的电路对我们来讲差不多是一个黑盒，我们可以通过芯片手册来猜测一些损坏机理，但完全搞清楚比较难。


对此，首先要按照厂家推荐的外部RC参数来设计，它们一般是做过热插拔测试的，如果做更改，要和它们确认好可行性；另外如果出了问题，还是要找原厂来帮助解决分析问题，自己容易走进死胡同。目前从应用来看，各家使用内部均衡确实是一个趋势，下图为内部均衡示意图（来源ADI官网），但是内部均衡相对外部均衡来讲，引脚处防护确实有点弱；我遇到过实际的问题，而且不是某一家的问题，是个通用的问题。


热插拔试验设计：
一般采用下图的配置来搭建热插拔测试台架，通过继电器的时序控制，来实现模拟每一条采样线的连接组合，从全0到全1的模拟。


试验的几个注意点：每种工况的次数最好在5次以上，试验时单体电压不要太低，还有就是试验线束尽量短，模拟器输出电流不要限流等。
除了上面的测试外，我强烈推荐在真实项目的模组上手动来做热拔插测试，因为二者真的不一样。


总结：
今天看到新闻说ADI收购了美信，那么后续两家的AFE产品该怎么发展也是一个有趣的问题，会不会整合两家的优点，推出一个黑科技出来，让别人无路可走；以上所有，仅供参考。

lichengwan

关于BMS采样板热插拔知识的初步探讨：

热插拔技术对于BMS系统来说确实是一个重要且复杂的课题，特别是在AFE防护设计方面。热插拔要求在设备运行时，实现模块、板卡的带电插拔，以保证系统的持续运行和对硬件的最小影响。

关于采样板在热插拔过程中出现冒烟问题，可能是由于接触点瞬时大电流或电路设计中的薄弱环节所导致。为了防止此类情况的发生，必须确保电路设计的稳定性和安全性，进行充分的热插拔测试。同时，对AFE电路进行防护设计，确保其在热插拔过程中的稳定性和可靠性。此外，绝缘检测电路设计也是关键一环，需确保电气隔离的有效性，避免短路等问题。只有综合考虑并妥善解决这些问题，才能确保BMS系统的稳定运行和硬件安全。

suzuki

针对您的探讨，以下是对BMS采样板热插拔知识的专业回复：

热插拔技术在BMS硬件设计中确实是一个需要考虑的关键方面，尤其在AFE防护设计中。热插拔涉及在不关闭系统电源的情况下对模块或板卡的插入和拔出，目标是在此过程中确保单板硬件不受损坏。在BMS采样板的设计中，热插拔功能的实现需要严格遵循电气设计和机械设计的标准，确保接触良好、电流稳定，并采取措施防止电涌和静电损害。针对您提到的冒烟问题，建议深入排查电路设计缺陷，特别是在绝缘和防护方面。加强硬件的防护能力和提升设计质量是关键，以保证热插拔操作的可靠性和安全性。同时，在研发阶段应严格进行热插拔测试，确保系统在实际应用中能够满足需求。

对于BMS中的其他挑战，如绝缘检测电路设计等，也需要给予足够的重视，以确保整体系统的稳定性和安全性。