在现代电动汽车和能源储存系统中，电池管理系统（BMS）扮演着至关重要的角色。然而，由于电磁干扰的存在，BMS的稳定性和可靠性可能受到威胁。因此，针对BMS的电磁兼容处理变得至关重要。本文将探讨BMS的电磁兼容处理的重要性，并提供一些解决方案以确保BMS的正常运行。

BMS所处整车电磁环境比较复杂，由驱动电机、DC/AC逆变回路、AC/DC整流回路、DC/DC等组成的动力系统在工作时电压/电流高、功率大、开关频率高，形成较强的电磁干扰，可能会影响BMS的正常工作。例如，导致采集的电池电压、电流出现错误。

1、低压/高压系统干扰

12V低压系统的开关、继电器、直流电机等电感性器件在通断时会产生较大的~1ms左右瞬变电压，幅值可达-100V。瞬变电压的耦合方式为传导耦合，通过共用电源耦合到其他电子系统。另外，各种控制器等部件的主芯片、时钟电路、触发电路、数据线、信号线等在工作时，会产生频段覆盖150kHz-2.5GHz的电磁干扰。其他一些电器，例如：有刷直流电机、机械式电喇叭、点火系统等工作时产生的电火花也可能形成频谱很宽的辐射噪声。

高压动力系统工作时，电机控制器和直流变化器的开关器件IGBT、功率二极管工作在高速开关状态，形成很高的du/dt和di/dt，产生较强的电磁干扰，并以传到和辐射方式影响BMS正常工作。

2、BMS耦合干扰

下图是BMS硬件电路示意图，电路主要包括：电源模块、传感器模块、保护模块、MCU模块和通信模块等。此外，BMS由于散热、线束连接等需要，其外壳不可避免留有各种孔隙，外部或内部的电磁能量通过这些孔隙能够耦合进或辐射出壳体，影响电磁兼容性。BMS的电路板上有晶振、DSP芯片等大量电磁干扰器件，这增加了外壳的电磁泄露。对于采用金属铝制外壳的BMS，电磁干扰对BMS的耦合途径包括：车内低频瞬态和各种干扰以共模或差模干扰的形式直接通过BMS电源线耦合进BMS，而车内各种辐射干扰把能量耦合在BMS的连接线束，形成共模干扰电流后耦合进BMS。



3、BMS抗电磁干扰方法

根据BMS外部的电磁干扰源和耦合机理，可以在BMS的电路设计、PCB设计和结构设计等方面采取EMC设计。通常，重点需要注意的部分包括：电源电路、敏感小信号采集电路、PCB元件布局和布线、PCB的EMC仿真分析和软件滤波技术等。

供电电源电路

BMS电源线与12V铅酸电池、DC/DC低压输出端、电机控制器低压电源端并联，并与其他车用电气设备共用电源，DC/DC和其他用电设备产生的低频瞬态和高频干扰、共模干扰通过电源耦合进BMS。通常可以考虑采取的措施：加入瞬态电压抑制器TVS，抑制电源输入中的瞬态干扰、提供ESD（静电放电）防护；采用大电流磁珠抑制电源输入中的高频干扰、同时抑制BMS内部向外发射高频干扰；构筑共模滤波器过滤电源输入中的共模噪声和谐波干扰；构成LC滤波电路滤除电源输入中的差模干扰。

BMS内的另外一个电源是5V电源，该电源稳定性和抗干扰性直接影响信号采集准确度和稳定性。例如，采用LC π型差模滤波电路可以过滤电源线的差模干扰，一定程度上也可以抑制BMS板内可能传导到外部的差模干扰。

模拟电源可以为BMS模拟采集运放电路提供稳定的电源。例如，在具有正负输出电压的单端反激型开关稳压电路中，工作基频的选择需要避开传导和辐射抗扰度等较敏感的频率段。

敏感信号采集电路

电池电流信号属于mV级弱信号。例如，采用Mn-Cu精密分流器作为传感器时，信号幅度小，容易干扰，造成采集的电流不准，这种情况可以考虑在BMS输入端采用共模抑制电感和电容对采集的信号进行共模滤波处理。

接口电路

每个引脚采用串联磁珠和并联去耦电容，过滤外部高频干扰的传导耦合。磁珠和电容的选择既要有效过滤高频干扰，又要考虑引脚信号的电平变化速度和电流大小，综合考虑电容值大小、封装形式和寄生参数，引脚需要选用不同的磁珠和旁路电容。

PCB设计

通常BMS四层电路板中，中间两层为电源层和接地层，顶层和底层为信号层。电源层分为5V数字电源、12V和15V模拟电源，按照功能将接地层隔离开，为模拟电路、数字电路和大电流功率输出电路设置单独的地，重点是减小信号采集电路走线长度。还可以使用EMC仿真软件对PCB进行建模仿真，进行优化。采用铝制外壳的BMS，PCB四周进行覆铜，并良好接地，也可以获得较好的屏蔽效果。

软件滤波

除了硬件的ECM措施之外，还可以采用一阶滞后滤波等常见软件滤波方法，可有效消除采集数据过程中的瞬间脉冲干扰、随机干扰，让信号更加平滑，防止瞬间异常数据出现。

以下是电磁兼容的一般性概念

电磁兼容（EMC，electromagnetic compatibility）包括两个方面的内容：一方面是设备能够在规定电磁环境下正常工作，即满足电磁敏感性（EMS，electromagnetic sensitivity）要求，另一方面设备本身产生的电磁干扰（EMI，electromagnetic interference）也不能干扰其他设备的工作，即需要满足电磁发射（EME，electromagnetic emission）要求。

一般的电路设计中需要考虑的电磁兼容问题：

1、器件选取

在设计中尽量少用低电平电子器件，也不盲目选择高速器件。选择高速器件的时候，在PCB设计中应该采取相应措施。

2、PCB设计

在高速数字电路中，电源与地层应尽可能靠近一平面，中间不安排布线。所有布线层都尽量靠近一平面，优先选择地平面作为隔离层。尽量为时钟信号、高频信号和敏感信号灯关键信号提供专门的布线层，保证其最小的回路面积。采取手工优先布线、屏蔽和加大安全间距等方法。电源层和底层之间的 EMC环境较差，避免布置对干扰敏感的信号。

3、原件布局

使用相同电源的原件应尽量放在一起，以便后面的电源分割。集成电路的去耦电容应尽量靠近芯片的电源教，高频最靠近原则，形成电源与地之间的最短回路。旁路电容均匀分布在集成电路四周。用于阻抗匹配的阻容器件应根据其属性合理布局。匹配电容电阻的布局要分清用法，对于多负载的终端匹配一定要放在信号的最远端进行匹配。匹配电阻布局要靠近该信号的驱动端，距离一般不超过500mil。

4、系统滤波及接地

PCB的输入电源在其输入端使用一个大容量电解电容进行容性滤波，

根据频率选10-100µF，与0.1µF电容仅靠并联。集成元件滤波应通过集成电路的VCC/GND引脚，接0.01µF电容实现，VCC/GND引脚与电容的间隔应靠近，电容引线极可能短，使寄生电容最小。至少每3个原件应有一个最小为0.001µF的电容。在并联谐振回路中，电感和电容应取一点接地，使谐振回路本身形成一个闭合回路，此时高频大电流将不通过接地面，从而抑制产生地回路干扰。

电动汽车高压、低压系统的电磁干扰源。

综上所述，BMS的电磁兼容处理对于电动汽车和能源储存系统的稳定性和可靠性至关重要。通过采取适当的措施，例如电磁屏蔽、滤波器和合适的布线，可以有效地减轻电磁干扰对BMS的影响。只有确保BMS的正常运行，我们才能充分发挥电动汽车和能源储存系统的优势，并推动可持续能源的发展。

原标题：BMS的电磁兼容处理：电池管理系统的稳定性与可靠性的保障