电池管理系统（BMS）系列（三）—数据采集之电流

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在上一期电池管理系统（BMS）系列（二）—数据采集之电压中，我们提到，电池系统电压信号的采集需借助专用IC芯片实现，而对于电流信号，通常需先将其转换成电压输出再采集分析。因此，本文将重点介绍电池系统中实现电流到电压转换的部件。
首先，让我们思考一下，实现电流（I）到电压（U）的转换有哪些原理可以利用呢？............
小明思考后，随即脱口而出：“欧姆定律（U=I*R）”？



对，没错！最简单的方式就是借助欧姆定律。这表示我们只要有一个定值电阻R，通过读出其两端的电压值U，就可以计算出电路中的电流（I=U/R）。
这个定值电阻就可以作为电池系统中采集电流信号的部件，被称为分流器（shunt）。一般分流器的阻值非常小，其精度较高且温漂小。目前市面上比较主流的分流器阻值有0.1mΩ，0.15mΩ、0.25mΩ，可根据不同的电池系统工作电流进行选型和使用。分流器的优劣势采用分流器采集电流最大的好处就是全量程的精度都可以保证，相比其它方案总体精度较高，目前被广泛应用。但也有不足之处：一个是热损耗高（P=I^2*R），当分流器阻值为0.1mΩ，系统电流500A时，发热功率就高达25W。对于一般的电路板而言，散热设计非常严苛。其次是隔离问题，由于电压采集电路等直接跟高压总线连接，因此低压供电和CAN信号的传输都需要通过隔离器件进行隔离。那么现在对于电流信号的采集，我们已经有了以欧姆定律（I=U/R）为原理的分流器方案。是否还有其它原理呢？答案是肯定的。我们来看霍尔定律。
霍尔定律表述为：当一个导体中有电流通过时，如果外加磁场垂直于电流方向，则在导体的两侧会产生一定大小的电势差。



通过测量该导体两端电势差，即可计算得出电路中的电流。将该导体（霍尔元件）、放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上便构成了霍尔传感器，所输出信号可以直接被利用，可用于动力电池系统中电流的测量。


霍尔传感器的优劣势

霍尔传感器在实现电路上比采用分流电阻测量的电路简单。但其在实际应用中，输入（电流）输出（电压）并不是严格的线性比例关系，在低电流的情况下，霍尔传感器的误差凸显非常明显，电流采样精度低于采用分流电阻的方案。同时使用霍尔传感器的全套方案较分流器更贵一点。
当然，除去欧姆定律和霍尔定律还会有其它原理实现电流信号的采集，但目前被广泛应用于电池系统中的电流采集方案主要为分流器和霍尔传感器两种，因此对其它方案不做叙述。
分流器和霍尔传感器有了，让我们看看该如何使用。



不同于需要采集每节电芯的单体电压，一般BMS需要采集的电流信号仅有电池系统的总电流，似乎只需要布置一个分流器或霍尔传感器即可，但在实际工程应用中并非如此。目前被广泛使用的电流采集方案有两种：在系统负极布置两个分流器，或在系统负极布置一个分流器加正极布置一个霍尔传感器。两个部件一个做主检测器件，一个做数据校核及预防失效。但一般不存在两个霍尔传感器搭配的情况，原因可参考上面霍尔传感器的优劣势自行思考。并且需要注意，一般分流器仅布置在负极。至此，我们已经对电池管理系统（BMS）数据采集功能的电压和电流采集有了大概的认知。下一节，我们将对BMS数据采集功能的温度采集进行介绍，欢迎感兴趣的小伙伴持续关注！
本期就到这里了，这里是“电动札记”，我们下次再见！写在文后：本文属于BMS系列文章，在写作过程中会很大程度上延续之前文章的思路。如果想要系统地建立对BMS的认知，墙裂建议从该系列文章的开篇开始，和“电动札记”一起逐渐探索电池管理系统的全貌。