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安科瑞霍爾電流互感器:汽車電池管理系統(BMS)中的電流感知利器

2025年06月03日 16:09:33人氣:114來源:安科瑞電氣股份有限公司

在電動汽車與混合動力汽車飛速發展的浪潮中,電池管理系統(BMS)作為動力電池的“智能大腦”,其性能直接決定了整車的安全性、續航里程及電池壽命。而精確、實時、可靠的電流監測,則是BMS實現其核心功能(如SOC估算、SOH評估、充放電控制、熱管理、故障診斷)的基石。安科瑞霍爾電流互感器憑借其技術優勢,正日益成為汽車BMS中電流測量的主流解決方案。

安科瑞霍爾電流互感器:汽車電池管理系統(BMS)中的電流感知利器

一、 霍爾電流互感器原理:非接觸式測量的核心

霍爾電流互感器基于霍爾效應原理工作:

1.霍爾效應基礎: 當載流導體置于磁場中,若電流方向與磁場方向垂直,則會在導體的第三垂直方向上產生電勢差(霍爾電壓)。

 

2.互感器結構: 核心包含一個高磁導率磁芯(開環或閉環)或氣隙、穿過磁芯中心/氣隙的待測電流導體(母線)、以及集成在磁芯氣隙或特定位置的霍爾傳感器芯片。

 

3.工作過程: 待測電流(Ip)流經導體,在磁芯/氣隙中產生一個與Ip成正比的磁場(B)。霍爾傳感器感知此磁場,并輸出一個與B成正比(進而與Ip成正比)的霍爾電壓(Vh)。經過內部或外部信號調理電路(放大、濾波、補償)后,輸出一個易于BMS處理的電壓或電流信號。

 

安科瑞霍爾電流互感器:汽車電池管理系統(BMS)中的電流感知利器

 

二、 安科瑞霍爾電流互感器在汽車BMS中的核心應用價值

相較于傳統的分流電阻(Shunt),安科瑞霍爾電流互感器在汽車BMS領域展現出顯著優勢:

1.電氣隔離,安全無憂

天然隔離: 一次側(大電流動力回路)與二次側(低電壓信號處理電路)之間通過磁場耦合,無直接電氣連接。

保障安全: 有效隔離高達數千伏的電池包高壓系統與低壓控制電路(如BMS MCU),防止高壓竄入低壓系統造成設備損壞或人身傷害,滿足嚴苛的汽車安全標準(如ISO 26262 ASIL等級要求)。

抑制共模干擾: 對動力系統產生的高共模電壓干擾有很強的抑制能力。

 

2.寬范圍高精度測量

寬動態范圍: 安科瑞提供從幾十安培到上千安培量程的多種型號(如AHKC-EKA系列),能覆蓋車輛從靜態待機微電流、充電/驅動大電流到制動回饋電流等全工況范圍。

安科瑞霍爾電流互感器:汽車電池管理系統(BMS)中的電流感知利器

高精度與線性度: 先進的霍爾芯片、優化的磁路設計及溫度補償算法(如AHKC-BS系列內置補償),確保了在全溫度范圍(-40°C至+85°C或更高)和全量程內的高測量精度(典型值優于±1%)和出色的線性度。

安科瑞霍爾電流互感器:汽車電池管理系統(BMS)中的電流感知利器

 

零漂移特性: 閉環(零磁通)霍爾技術(如AHKC-L系列)能實現極低的零點漂移和溫漂,對測量微小電流(如靜態功耗、均衡電流)至關重要。

安科瑞霍爾電流互感器:汽車電池管理系統(BMS)中的電流感知利器

3.極低插入損耗與發熱

無阻性損耗: 測量過程本身不消耗功率(除霍爾芯片供電外),不像Shunt會產生顯著的I²R功率損耗和溫升。

節能降耗: 減少系統能量浪費,尤其在持續大電流工況下優勢明顯。

降低熱管理負擔: 避免因測量器件自身發熱加劇電池包內部溫升,簡化熱設計。

 

4.雙向電流測量

無縫切換: 能夠準確測量充電(正向)和放電/回饋(反向)電流,輸出信號能真實反映電流方向(如輸出0V對應0A, +V對應正向電流, -V對應反向電流),為BMS的充放電管理和能量流分析提供完整信息。


5.高帶寬與快速響應

捕捉瞬態: 具備kHz級別的帶寬(如AHKC-EKA帶寬可達100kHz以上),能快速響應車輛加速、制動、負載突變等工況下的電流急劇變化。

保護響應: 快速檢測短路等故障電流,為BMS觸發保護措施(如切斷繼電器)爭取寶貴時間。

 

6.易于集成與小型化

緊湊結構: 安科瑞霍爾電流互感器設計緊湊(如PCB板載安裝型、穿孔式),節省電池包內寶貴的空間。

簡化布線: 直接測量母線電流,簡化動力線束布局。

標準化接口: 提供標準化的模擬輸出(如0-5V, 4-20mA)或數字接口(部分型號支持),便于與BMS主控制器連接。

 

三、 在BMS關鍵功能中的具體應用

1.精確的電池荷電狀態(SOC)估算:

安科瑞霍爾互感器提供高精度的電流積分(庫侖計數)數據,是安時積分法估算SOC的核心輸入。其寬量程和低零漂特性確保微電流(如靜置自放電)和大電流下的積分誤差最小化,顯著提升SOC估算精度,消除用戶里程焦慮。

 

2.電池健康狀態(SOH)與容量標定:

精確的充放電電流測量是計算實際充入/放出容量、內阻變化(通過結合電壓測量)的基礎,用于評估電池老化程度(SOH)和標定實際可用容量。

 

3.安全的充放電管理:

實時監測電池包的充放電電流,確保其在制造商設定的安全窗口(最大充電電流、最大放電電流、持續電流能力)內運行。過流時觸發保護。

 

4.高效的熱管理控制:

電流是電池產熱的主要來源之一。精確的電流數據輸入熱模型,幫助BMS更準確地預測電池溫度分布,優化冷卻/加熱策略,防止熱失控。


5.電池均衡控制:

監測均衡回路中的微電流(通常在mA),確保均衡動作按預期執行,評估均衡效果。安科瑞產品的低零漂特性對此應用尤為關鍵。

 

6.故障診斷與保護:

快速檢測過流、短路等嚴重故障電流,為BMS提供毫秒級的響應時間,驅動接觸器斷開,保護電池和車輛安全。

 

四、 安科瑞霍爾電流互感器的優勢亮點與選型建議

車規級可靠性: 嚴格遵循AEC-Q100等汽車電子可靠性標準進行設計、生產和測試,確保在惡劣的汽車環境(寬溫、高濕、振動、沖擊)下長期穩定工作。

 

豐富的產品線: 提供開環、閉環、PCB安裝式、穿孔式等多種類型和量程的霍爾電流傳感器,滿足不同電壓平臺、電流等級和安裝空間需求(如AHKC-EKA, AHKC-BS, AHKC-LF等系列)。

 

內置溫度補償: 多數型號內置溫度傳感器和高性能補償算法,有效抑制溫漂,保證全溫范圍內的測量精度。

 

低功耗設計: 優化供電設計,降低BMS系統整體功耗。

 

EMC性能優異: 良好的抗電磁干擾設計,確保在復雜的汽車電磁環境中信號穩定可靠。

 

選型建議:

確定量程: 根據電池包最大充放電電流(含峰值)選擇合適量程,通常預留20%-50%裕量。

 

選擇類型: 對精度和溫漂要求高(如SOC估算核心路徑)選閉環型(如AHKC-LF);對成本更敏感且精度要求稍寬松可選高性能開環型(如AHKC-EKA)。

 

關注精度與帶寬: 明確BMS功能對電流測量精度和響應速度的要求。

 

供電與輸出接口: 匹配BMS控制板的供電電壓(如5V或5V/±12V/±15V)和信號輸入范圍(如0-5V, 0-3.3V, 或±2.5V)。

 

安裝方式與尺寸: 考慮PCB空間或母線排布,選擇板載式或穿孔式,注意孔徑尺寸。

 

認證與標準: 確認產品滿足目標市場的汽車安全(如ISO 26262)和EMC要求。

安科瑞霍爾電流互感器:汽車電池管理系統(BMS)中的電流感知利器

五、 應用案例與未來展望

安科瑞霍爾電流互感器已成功應用于國內多家主流新能源乘用車、商用車及特種車輛的電池管理系統中。例如,在某品牌純電動SUV的BMS中,采用安科瑞AHKC-EKA系列霍爾電流傳感器進行主回路電流監測,其高精度和低溫漂特性顯著提升了該車型的SOC顯示準確度,增強了用戶信任度;其快速響應能力也保障了系統在工況下的過流保護及時性。

 

安科瑞霍爾電流互感器以其高隔離安全性、寬量程高精度、低功耗無損耗、雙向測量、快速響應等特性,契合了汽車電池管理系統對電流監測的核心要求。它不僅是保障電池安全和延長電池壽命的關鍵“感知器官”,更是實現精確能量管理、提升用戶體驗的核心技術支撐。隨著新能源汽車產業的蓬勃發展和技術迭代,性能持續優化的安科瑞霍爾電流傳感器必將在BMS領域扮演愈發重要的角色,為電動汽車的智能化與高性能化持續貢獻力量。

 

 

 

 

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