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[摘 要]随着纯电动汽车的大量应用，对电动车设计研发过程中的动力电池中BMS的设计要求也越来越高。为保障电动汽车可靠的行驶，就要求对电动汽车的BMS进行合理的设计，其中BMS的抗干扰设计是重要的环节之一。电动汽车电池系统BMS的抗干扰设计主要考虑：BMS工作的电磁场环境、电磁干扰的要素、硬件部分抗干扰设计几个因素。本文从实际出发，介绍了电动汽车动力电池系统BMS抗干扰的设计方法，为行业同仁在进行电动汽车动力电池BMS抗干扰设计方面提供可行的思路。
电动汽车是一个移动体，有可能会处于电磁环境比较复杂的空间，而且车上自带的电动机、电机驱动器、电动空凋、车载充电机、DC-DC等各种高压大功率电气部件会造成的电磁干扰，要确保BMS的正常工作，需要进行细致的电磁抗干扰设计。
[关键词]电动汽车，BMS，抗干扰设计
中图分类号：U469.72 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）23-0079-01
1 BMS的抗干扰设计
在电动汽车中包括动力电池及其管理系统、电机及其控制系统、电力变换系统、整车通信控制系统、车灯仪表系统以及其他车载电子设备等，同时存在着高压大功率的变换装置，高低压控制信号线等，因此，车内电磁环境非常复杂。在数字信号电路中，电磁干扰（EMI）会使电路出现误码率的概率增大或使之出错；在模拟信号中，EMI将增大噪声电平并将导致电路和系统运行功能下降。而BMS是个模数混合系统，如果抗干扰处理不好，可能会引起诸多不良后果，如果采集数据不稳定、系统通信不正常、系统软件运行错误等，严重时可能导致意外事故。
2 电磁干扰的三要素
任何一个电磁干扰的产生，都需要同时具备三个条件，分别是：电磁干扰源、干扰耦合途径（分为辐射耦合及传导耦合）、敏感设备。称之为电磁干扰的三要素。
2.1 电磁干扰源
电磁干扰源是指产生干扰源的元件、器件、设备、系统或自然现象。对于电动汽车的电池管理系统而言，电机及其控制器、车载充电机、DC/DC变换器等都可能成为较强的干扰源。
2.2 耦合途径
耦合途径是指把电磁能量从干扰源耦合（或传输）到敏感设备的通道或媒介。电池管理系统中典型的干扰传播路径是通过数据信号传输线、电源线等传导和空间的辐射。
2.3 敏感设备
敏感设备（或称被干扰设备）是指对电磁干扰产生响应的设备。如电池管理系统中的A/D，MCU，通信总线等。
为了克服电磁干扰，就必须从上面三个基本要素出发，抑制干扰源、消除或减弱干扰耦合途径和提高敏感设备的抗干扰性能。
3 硬件部分抗干扰设计
硬件的可靠性设计是整个系统可靠性的根本，如果硬件抗干扰措施得当，可以将大部分干扰拒之系统之外。常见的硬件抗干扰措施有以下几个方面：
3.1 尽量选择抗干扰能力强，信号频率低的元器件
单片机应用时钟是系统中存在的主要噪声源之一，除了有可能引起本系统自身的干扰外，还能对外界产生干扰。因此，在满足速度性能要求的前提下，尽量降低单片机的时钟频率和选用低速数字电路等办法来提高敏感元器件的抗干扰性能。
3.2 硬件滤波
硬件滤波是电路设计常用的抗干扰技术。BMS中，在电池参数信号采集端增加一个参数选择合适的RC低通滤波器，可以滤除输入信号中的高频干扰信号。
3.3 MCU外围配置抗干扰措施
数据总线、控制总线以及地址总线是MCU与外部存储器、I/O接口芯片进行信息交互的通道，三种总线的处理是否合理将直接影响到整个系统的稳定性。在总线上适当安装上拉电阻可以提高总线的抗干扰能力，增强总线信号传输的可靠性，减少外围干扰源对MCU单元的干扰。
3.4 PCB设计及布线
印制电路板（PCB）是系统的基础部分，是系统中电子元件的支撑件，提供了各种电路元器件之间的电气连接。PCB设计的好坏对系统的抗干扰能力影响很大，因此在PCB板设计中必须采取有效的抗干扰措施。
PCB在布线过程中尽量将模拟电路与数字电路分开，降低它们之间的相互影响；尽量减少回路环的面积，降低感应噪声；电源线尽量加粗，以减小压降和降低耦合噪声；在布置元器件时尽量使走线最短并减少90°拐角走线，减少导线阻抗和分布电容电感。同时，尽量根据电路的功能进行布局，从而防止不同区域的射频电流相互耦合干扰。
3.5 良好的系统接地
电气系统的“地”有两种含义：一是代表系统或电路的等电位参考点，为系统和电路的各个部分提供一个稳定的基准电位，称为信号地；二是指大地，系统或电路的某些部分需要与该地连接以提供安全和电磁屏蔽。在设计接地的过程中需要注意安全与绝缘，通常系统接地的目的主要包括：一是系统的外部接地，达到安全的目的；二是为电路工作提供一个共用的参考接地点；三是抑制干扰。
在BMS中，数字地和模拟地都是重要的信号地，在A/D转换前后分别是模拟信号和数字信号。由于数字信号是脉冲信号，容易对模拟信号产生干扰。因此，两种信号如果不能正确连接，将会带来较大的干扰。在进行接地设计时，采取的措施是数字地和模拟地区分，将二者仅仅在一点连接，不能再有其他连接点。
3.6 屏蔽措施
强电高压设备、大功率变换装置、电弧产生的电火花，甚至雷电，都能产生电磁波，从而成为电磁干扰源。用金属外壳将电池管理系统包围起来，再将金属外壳接地，对屏蔽各种电磁干扰非常有效。为此，我们常常需要为BMS设计一个金属外壳，以提高其抗干扰性能。
4 结论
本文從电动汽车动力电池BMS电路设计入手、深入分析了BMS的抗干扰设计方法，从硬件设计、元件选择、硬件滤波、PCB布线、接地、干扰屏蔽几个方面对BMS的抗扰特性进行分析，为电动汽车BMS的抗干扰设计提供了思路和方法，对于电动汽车研发从业者具有参考意义。
参考文献
[1] 崔胜民.新能源汽车技术解析[M].北京：化学工业出版社，2017.
[2] 王芳，夏军.电动汽车动力电池系统[M].北京：科学出版社，2017.
作者简介
严永利，男，硕士，工程师，研究方向：新能源汽车。曾供职于吉利汽车、福田汽车，获新能源汽车领域9项专利，累计在国家级学术期刊上发表论文10余篇。
陈乾坤，男，工程师；毕业于北京理工大学，车辆工程专业，从事汽车整车设计10余年，特别是在新能源领域具有丰富的经验。
刘树友，男，工程师。研究方向：新能源汽车，曾供职于福田汽车，御捷电动汽车，现任江铃新能源汽车电动力系统项目主管。
张燕，女，毕业于燕山大学，机械工程及自动化专业，工程师，从事汽车整车设计15年，在新能源汽车领域具有丰富的经验。刘振防，男，工程师，具有丰富的工作经验。雷沃重工股份有限公司诸城车辆厂。
夏中刚，男，工程师，长城汽车股份有限公司，动力室。研究方向：新能源汽车。曾供职于福田汽车，长城汽车，现任吉利汽车动力主管。从事汽车整车设计10余年，特别是在新能源领域具有丰富的经验。
吉江峰，男，现任广州雷利诺车业有限公司，项目总监。
张强，潍柴动力扬州柴油机有限公司。
电动汽车是一个移动体，有可能会处于电磁环境比较复杂的空间，而且车上自带的电动机、电机驱动器、电动空凋、车载充电机、DC-DC等各种高压大功率电气部件会造成的电磁干扰，要确保BMS的正常工作，需要进行细致的电磁抗干扰设计。
[关键词]电动汽车，BMS，抗干扰设计
中图分类号：U469.72 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）23-0079-01
1 BMS的抗干扰设计
在电动汽车中包括动力电池及其管理系统、电机及其控制系统、电力变换系统、整车通信控制系统、车灯仪表系统以及其他车载电子设备等，同时存在着高压大功率的变换装置，高低压控制信号线等，因此，车内电磁环境非常复杂。在数字信号电路中，电磁干扰（EMI）会使电路出现误码率的概率增大或使之出错；在模拟信号中，EMI将增大噪声电平并将导致电路和系统运行功能下降。而BMS是个模数混合系统，如果抗干扰处理不好，可能会引起诸多不良后果，如果采集数据不稳定、系统通信不正常、系统软件运行错误等，严重时可能导致意外事故。
2 电磁干扰的三要素
任何一个电磁干扰的产生，都需要同时具备三个条件，分别是：电磁干扰源、干扰耦合途径（分为辐射耦合及传导耦合）、敏感设备。称之为电磁干扰的三要素。
2.1 电磁干扰源
电磁干扰源是指产生干扰源的元件、器件、设备、系统或自然现象。对于电动汽车的电池管理系统而言，电机及其控制器、车载充电机、DC/DC变换器等都可能成为较强的干扰源。
2.2 耦合途径
耦合途径是指把电磁能量从干扰源耦合（或传输）到敏感设备的通道或媒介。电池管理系统中典型的干扰传播路径是通过数据信号传输线、电源线等传导和空间的辐射。
2.3 敏感设备
敏感设备（或称被干扰设备）是指对电磁干扰产生响应的设备。如电池管理系统中的A/D，MCU，通信总线等。
为了克服电磁干扰，就必须从上面三个基本要素出发，抑制干扰源、消除或减弱干扰耦合途径和提高敏感设备的抗干扰性能。
3 硬件部分抗干扰设计
硬件的可靠性设计是整个系统可靠性的根本，如果硬件抗干扰措施得当，可以将大部分干扰拒之系统之外。常见的硬件抗干扰措施有以下几个方面：
3.1 尽量选择抗干扰能力强，信号频率低的元器件
单片机应用时钟是系统中存在的主要噪声源之一，除了有可能引起本系统自身的干扰外，还能对外界产生干扰。因此，在满足速度性能要求的前提下，尽量降低单片机的时钟频率和选用低速数字电路等办法来提高敏感元器件的抗干扰性能。
3.2 硬件滤波
硬件滤波是电路设计常用的抗干扰技术。BMS中，在电池参数信号采集端增加一个参数选择合适的RC低通滤波器，可以滤除输入信号中的高频干扰信号。
3.3 MCU外围配置抗干扰措施
数据总线、控制总线以及地址总线是MCU与外部存储器、I/O接口芯片进行信息交互的通道，三种总线的处理是否合理将直接影响到整个系统的稳定性。在总线上适当安装上拉电阻可以提高总线的抗干扰能力，增强总线信号传输的可靠性，减少外围干扰源对MCU单元的干扰。
3.4 PCB设计及布线
印制电路板（PCB）是系统的基础部分，是系统中电子元件的支撑件，提供了各种电路元器件之间的电气连接。PCB设计的好坏对系统的抗干扰能力影响很大，因此在PCB板设计中必须采取有效的抗干扰措施。
PCB在布线过程中尽量将模拟电路与数字电路分开，降低它们之间的相互影响；尽量减少回路环的面积，降低感应噪声；电源线尽量加粗，以减小压降和降低耦合噪声；在布置元器件时尽量使走线最短并减少90°拐角走线，减少导线阻抗和分布电容电感。同时，尽量根据电路的功能进行布局，从而防止不同区域的射频电流相互耦合干扰。
3.5 良好的系统接地
电气系统的“地”有两种含义：一是代表系统或电路的等电位参考点，为系统和电路的各个部分提供一个稳定的基准电位，称为信号地；二是指大地，系统或电路的某些部分需要与该地连接以提供安全和电磁屏蔽。在设计接地的过程中需要注意安全与绝缘，通常系统接地的目的主要包括：一是系统的外部接地，达到安全的目的；二是为电路工作提供一个共用的参考接地点；三是抑制干扰。
在BMS中，数字地和模拟地都是重要的信号地，在A/D转换前后分别是模拟信号和数字信号。由于数字信号是脉冲信号，容易对模拟信号产生干扰。因此，两种信号如果不能正确连接，将会带来较大的干扰。在进行接地设计时，采取的措施是数字地和模拟地区分，将二者仅仅在一点连接，不能再有其他连接点。
3.6 屏蔽措施
强电高压设备、大功率变换装置、电弧产生的电火花，甚至雷电，都能产生电磁波，从而成为电磁干扰源。用金属外壳将电池管理系统包围起来，再将金属外壳接地，对屏蔽各种电磁干扰非常有效。为此，我们常常需要为BMS设计一个金属外壳，以提高其抗干扰性能。
4 结论
本文從电动汽车动力电池BMS电路设计入手、深入分析了BMS的抗干扰设计方法，从硬件设计、元件选择、硬件滤波、PCB布线、接地、干扰屏蔽几个方面对BMS的抗扰特性进行分析，为电动汽车BMS的抗干扰设计提供了思路和方法，对于电动汽车研发从业者具有参考意义。
参考文献
[1] 崔胜民.新能源汽车技术解析[M].北京：化学工业出版社，2017.
[2] 王芳，夏军.电动汽车动力电池系统[M].北京：科学出版社，2017.
作者简介
严永利，男，硕士，工程师，研究方向：新能源汽车。曾供职于吉利汽车、福田汽车，获新能源汽车领域9项专利，累计在国家级学术期刊上发表论文10余篇。
陈乾坤，男，工程师；毕业于北京理工大学，车辆工程专业，从事汽车整车设计10余年，特别是在新能源领域具有丰富的经验。
刘树友，男，工程师。研究方向：新能源汽车，曾供职于福田汽车，御捷电动汽车，现任江铃新能源汽车电动力系统项目主管。
张燕，女，毕业于燕山大学，机械工程及自动化专业，工程师，从事汽车整车设计15年，在新能源汽车领域具有丰富的经验。刘振防，男，工程师，具有丰富的工作经验。雷沃重工股份有限公司诸城车辆厂。
夏中刚，男，工程师，长城汽车股份有限公司，动力室。研究方向：新能源汽车。曾供职于福田汽车，长城汽车，现任吉利汽车动力主管。从事汽车整车设计10余年，特别是在新能源领域具有丰富的经验。
吉江峰，男，现任广州雷利诺车业有限公司，项目总监。
张强，潍柴动力扬州柴油机有限公司。