動力電池的充電與放電功率都非常的夸張，而作為電池重要信息之一的總電流，則是BMS在工作中需要重點關注的一個信息。

電流的檢測相比于電壓和溫度的檢測不同，因為整個動力電池系統中只有一個總電流的信息需要關注。電流非常重要的一個作用是用于SOC的評估，因此電流采樣的頻率會比較高。同時電流也是作為電池狀態評估的一個重要參數，當發生短路，過流故障的時候，電流檢測就是保護電池的第一道屏障。

目前主流的電流采集方案有兩種：一種是基于串聯電阻的電流監測，采用最基本的電壓電流關系來進行測量；另一種是基于電流傳感器的電流監測，而傳感器還分為普通的開環式霍爾傳感器和磁通門電流傳感器。

一

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基于SHUNT的電流測量

電壓量是最直接能夠被測量到的，因此將電流信號轉換成電壓信號進行測量，目前使用的一種方式就是在電池的工作回路中串聯一個分流電阻（shunt電阻）。如下圖所示就是基本的實現方式。

圖1 基于分流電阻的電流監測方案 分流電阻實際上就是一個電阻非常小的電阻，精度高、溫漂小，當電流流過分流器的時候，可以通過測量兩端的壓降計算出電流的大小。以前電動汽車的工作電流范圍一般為-300A~+300A（通常定義放電為正電流，充電為負電流）。現在隨著續航、電池容量、電機功率的提高，工作電流的范圍基本上都在-500A~+500A之間，目前市面上比較主流的分流器阻值為0.1mΩ，0.15mΩ、0.25mΩ這些規格，根據不同的系統電流進行不同的選型和使用，最大工作電流時在分流器上產生最大值為50mV的壓降。但是50mV的壓降相對來說非常小，在用AD進行采集時一般要加上適當的放大電路。最常用的放大加采集解決方案就是AS8510這個芯片，內部集成放大器的ADC芯片，放大系數可以通過軟件配置。 采用分流電阻采集電流的方式的好處就是全量程的精度都可以保障，并且相比于其他方案，總的精度也是非常高的。目前在市面上的應用也是非常廣泛。但是使用分流電阻采樣也具有不足之處：一個是熱損耗非常高，以500A為例，發熱功率高達25W。對于一般的電路板而言，25W集中一小塊電路板上對散熱的設計非常嚴苛，因此設計的時候對散熱問題不可忽視。其次是隔離問題，由于放大、采集、信號處理的電路直接跟高壓總線連接，因此低壓供電和CAN信號的傳輸都需要通過隔離器件進行隔離。 目前國內外的很多電動汽車和混合動力汽車的電池都采用這種方式來進行。雖然實現隔離成本相對較高，但在目前看來是一種比較合適的解決方案。從目前媒體上的一些信息了解到，特斯拉的Model3目前也是采用的這種方式，并且也是用的AS8510。

二

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基于霍爾傳感器的電流監測

霍爾傳感器一般有3個引腳，分別連接電源的正極和負極以及一個電壓輸出管腳。以下是霍爾傳感器的基本原理及采集電路設計簡圖。

圖2霍爾傳感器基本原理

圖3霍爾傳感器采集電路示意圖 霍爾傳感器的輸出往往跟輸入呈線性關系，所以只要電壓能夠采集準確，電流也能夠計算出來。但是在實際應用中，輸入輸出并不是嚴格的線性比例關系，并且在電流0點可能也會存在有電壓的情況。因此實際工程應用中，都需要對傳感器進行標定。

圖4霍爾傳感器輸入輸出關系 霍爾傳感器從實現電路上來看比采用分流電阻測量的電路簡單很多，但是霍爾傳感器本身價格也并不便宜，所以就全套實現方案的成本來對比，霍爾傳感器也更貴一點。從目前的主流霍爾傳感器精度上面來進行對比，其電流采樣精度目前遠低于采用分流電阻的方案要低。尤其是在低電流的情況下，霍爾傳感器的誤差凸顯非常明顯。因此這種電流傳感器通常是作為電流采樣的一個備份，在大電流的時候或者在另外一路傳感器失效的時候作為一個參考。

三

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磁通門電流傳感器

現在我們常用的電流傳感器原理為磁通門原理，包括LEM的CAB系列，以及博世的電流傳感器都是基于磁通門原理的傳感器。磁通門傳感器相較于前兩種方式，其電流上限可以做到很大，且受溫度影響小，發熱小，精度高。根據目前市面上的產品，可能會是未來的主流方向。磁通門的硬件結構簡單，在大量搭載后，磁通門電流傳感器的價格應該是具有很大的優勢的。磁通門傳感器的原理框圖如下所示：

圖5磁通門傳感器電氣框圖 通過外部激勵源輸出周期性的PWM電壓，該電壓直接作用在磁環的副邊，通過一個磁環的原邊。而產生周期PWM電壓的電路就是下圖這個H橋電流，其電壓波形也是下圖所示的方波。

圖6磁通門激勵源示意圖 磁通門傳感器的簡化模型，我們把P當做原邊，把S當做副邊，則可以將磁通門理解為一個原邊匝數為1，副邊匝數為N的一個變壓器。

圖7 磁通門的磁場強度與磁感應強度

磁通門中的磁環是一個高磁導率的器件，大致的工作原理如下：（先溫習一下基本概念，B是磁感應強度，單位是特斯拉T；H是磁場強度，單位A/M；μ是磁導率，μ=B/H；H=（N*I）/L（其中N是線圈的匝數；I為勵磁電流；Le為測試樣品的有效磁路長度））

1、在電壓為正的區間，電流剛開始增加，由于電感線圈以及磁環的作用，在電路中會產生阻礙電流增加的力，極限的理解就是直至線圈中的磁感應強度飽和之前，電流一直為0。2、當線圈中的磁感應強度飽和之后，線圈等效為一個電阻，電流會迅速的增加，因此，如下圖所示，檢測口的電流會是一個脈沖狀。3、當原邊沒有電流的時候，檢測口理想的電流波形會像下圖右上角的坐標系那樣來體現。4、當原邊有電流的時候，電流會在線圈包裹的磁環中產生磁場，而副邊的激勵源依然按照先前的頻率工作，在磁環中磁感應強度飽和之前，為了抵消掉原邊已經在磁環中產生的磁場強度，使得磁感應強度增加，副邊的電流會產生一個偏置。 在磁感應強度變化但還沒有飽和的過程中，磁場強度H=0，而這個H=Hp+Hn。根據上述的公式就可以得到Ip=-N*Is。而Is是副邊電流可以通過電路測量出來，這樣我們就能得到原邊的電流。

圖8 磁感應強度對應的感生電流

磁通門電流傳感器之前我也一直不太懂，后來也是根據一些資料大概理解了他的工作原理，可能通過文字描寫是比較晦澀難理解，我自己在寫的過程中也屢屢卡殼。

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總結

以上就是目前應用比較多的三種電流測量方案用到的器件，就目前來看，磁通門和SHUNT電阻的方案依然在蓬勃的發展，但是依然不甚完美，磁通門的算法復雜，并且內部電路相對來說也更容易受到外部磁場的干擾，而SHUNT的發熱和成本也是讓硬件工程師比較頭痛的一個問題，不過BMS一直是處于循環上升的一個階段，后續更優化的方案可能也會陸陸續續出來。

審核編輯 ：李倩