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MODEL 3 BMS上的高压检测与绝缘检测电路

2021/03/01
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年过得真快啊,反正我在家是没有待够,就恋恋不舍地返岗了;不管咋地,新年新气象,打起精神,继续奋战了。

这次聊一聊MODEL 3上BMS控制板的高压检测与绝缘检测电路

高压检测与绝缘检测电路的输入都集中在P4连接器上面,如下图所示。

具体地,P4连接器为直插封装、共24PIN,Pitch为3.5mm,PIN针接触位置是镀锡的,其内部又分为AB两个线端接口。

在这个连接器上面一共有6个高压信号输入,其PIN脚安排如下图所示:由于是高压信号,所以是按照安规间距最大来布置的;而且,没有使用的PIN脚的焊盘都是非金属化孔,这样进一步增加了爬电距离

这六个引脚具体的定义与位置如下图,一共四个继电器,都是串联结构(这里闲扯一句,关于主继电器与快充继电器之间的连接形式,有串联的也有并联的,但似乎没有什么标准),所以一共6个采样点。

高压检测电路

高压检测一共有3对信号,每一对看起来是相同的电路,就以B6A1举例:我拿着万用表测了很久,再加上三防漆的原因,一直测不完全;其部分采样电路的样子如下图,但是我相信是不完整的,需要大家自己去补充。

其中,整个高压采样电路的参考平面为低压GND,也就是说高压信号通过大电阻分压后直接连到了低压GND,从电气上面来讲没有进行隔离,但实际很多厂家也这么干。

下图为高压检测的分压电阻,为3.4MΩ/1206封装;它把大阻值的分压电阻都布置在连接器端口处,同时不同高压信号的分压电阻之间拉开了距离,然后再把经过限流后的信号向PCB的低压区域走线,而小阻值的分压电阻布置在低压区域;可以看到此处是没有铺低压地的。

采样电路的几个关键元件如下图,主要为运放与参考源;最终的模拟信号采集由TI的单片机TMS570完成;这些器件布置在低压区域。

关键元件型号如下,在板上由3.3V电源供电:

  • ①、运算放大器:TI-TLV2434②、3V基准参考源:TI-REF5030③、运算放大器:TI-TLV274

绝缘检测电路

绝缘检测采用电桥法,而且只有上下两个桥臂,拓扑如下图:每个桥臂上面有6MΩ的电阻,通过开关接入车身地;这种方式比常见的电桥法有所简化,没有并入更小阻值电阻,在Y电容的影响下,采样时间可能长一些;同时它没有独立的电压观测点,应该是与高压检测电路共用。

两个桥臂的电阻如下图:电阻为2MΩ/1206封装。

其电路的关键元件如下图:主要为正负极两个桥臂的开关电路部分,这里选取高压MOS作为控制开关,直接由单片机低压信号控制;其中负极桥臂的开关的控制电路使用了单独的驱动器

  • ①、负极桥臂双向TVS二极管:VISHAY-P4SMA540②、负极桥臂高压NMOS开关:Infineon-BSS127③、负极桥臂高压MOS光驱动器:BROADCOM-ACPL-K30T④、正极桥臂双向TVS二极管:VISHAY-P4SMA540⑤、正极桥臂高压NMOS开关:Infineon-BSS127

下图中,正极桥臂的NMOS开关正常驱动即可;但是针对负极桥臂的开关控制电路,这里面有点事情,因为负极桥臂电位相对于GND来讲都是负电压,所以NMOS需要按照下图中的Q37方式来放置,并且需要隔离驱动Q37。

具体地,这里选用了光隔离驱动器(U37/ACPL-K30T)来实现NMOS的驱动,典型的驱动电路如下,将Q37的G级接到U37的5脚,S级接到U37的7脚。

负极桥臂开关电路放大图如下:

总结:

特斯拉的绝缘检测方案一直是电桥法,有空会把MODEL S上绝缘检测方案也总结一下;节后第一篇,经过一周上班调整,人已经进入到正常的工作节奏中了;以上所有,仅供参考。

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Tesla 致力于通过电动汽车、太阳能产品以及适用于家庭和企业的综合型可再生能源解决方案,加速世界向可持续能源的转变。

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公众号“新能源BMS”主笔,从事新能源汽车电池系统设计工作,具体为BMS硬件设计工作将近10年,在几个大的主机厂都工作过;希望通过文字,把一些设计经验和总结分享给大家,共同成长。