一、基本介紹
BMS 有三個主要系統：電池管理單元（BMU）、電池接線盒（BJB）和電池監控單元（CMU）。BMU 包含主控 MCU，是電池管理系統的控制部分，CMU 主要負責電池模組中電芯電壓、溫度的監控並反饋給 BMU，BJB 主要是一個機電箱，分流器、接觸器和熱熔斷器都在這個箱子裡。
HVBMS-LightningII 方案是一個用於電動汽車上的 800 V 的 BMS 方案，我主要負責 BJB Board 的硬體設計部分，BJB 板採用 2 顆 NXP MC33772C AFE，它測量並記錄總電池電壓以及流入和流出電池的電流， MC33772C 符合 AEC Q-100 標準的堅固設備可熱插拔，並支持 ISO 26262，具有高達 ASIL D 功能安全的能力。本文主要介紹 BMS 方案的 BJB 板設計中 PCB 開槽的作用。
二、為什麼需要開槽
在 PCB 板設計中，開槽是一種常用的設計手法，主要目的是為了實現電路板的絕緣和隔離。具體來說，開槽可以用於防止不同電壓等級的電路之間發生放電或干擾，確保電路板的安全運行。
在知道為什麼開槽之前首先要了解以下兩個名詞：
爬電距離：是指兩相鄰導體或一個導體與相鄰電機殼表面的沿絕緣表面測量的最短距離。在 PCB 設計中，如果爬電間距無法滿足的情況下，應該通過開槽的方式來增大導體間的爬電距離。
電氣間隙：指的是兩導電部件之間的最短距離，它的基本取決於尖峰電壓（空氣被擊穿），並且與工作電壓、污染等級有關。兩點間的尖峰電壓影響所需的防放電距離。例如，對於 220Vac，污染等級 2 的基本絕緣（初級之間、初級對 PE）和加強絕緣（初級對次級），選擇的電氣間隙分別是 2.0mm 和 4.0mm。
在 PCB上的強弱電流之間，單獨使用 PB 材料也能承受一定耐壓，PCB 耐壓雖然不低，但長期使用後會治上灰塵和潮氣，因此耐壓會降低，耐壓降低意味著爬電距離減少了，爬電距離是絕緣子表面被污染後，絕緣電阻降低，在高壓下產生電流(甚至電弧)的現象。PCB 開槽後，短距離採用直接空氣隔離，在一定程度上保證其耐壓。
三、計算電氣間隙和爬電距離
在 PCB 設計過程中，如果爬電間距無法滿足的情況下，我們應該通過開槽的方式來增大導體間的爬電距離。在 PCB 設計中，確定開槽寬度的方法主要根據電氣間隙與爬電距離的需求。開槽距離的確定需要綜合考慮多種因素，包括電路板的工作電壓、絕緣等級、污染等級、材料等。在一些特殊情況下，如果空間允許，為了降低風險，可以儘量增大開槽的距離。在具體的 PCB 設計中，可以根據實際情況進行確定開槽距離。
3.1 CTI 數值
相比電痕化指數（ CTI）是用來對絕緣材料的絕緣性能進行評價的等級參考， CTI 數值越大，代表絕緣性能越好；
圖片來源於 GB/T 16935.1-2008
對 BMS 實際應用來說，涉及到的絕緣材料主要是 PCB、器件材料和殼體材料；一般通用的要求是 PCB 的 CTI≥ 175，其他材料 CTI≥ 600。
3.2海拔修正係數
海拔主要對電氣間隙有影響，在 2000m 以下不考慮海拔影響，但 2000m 以上就要考慮，主要方法就是需要乘以一個海拔係數做降額，具體見下表。
圖片來源於 GB/T 16935.1-2008
3.3 耐受電壓
根據 GB/T 16935.1，電氣間隙應以承受所要求的衝擊耐受電壓來確定。 說得淺顯些，需要選取一個在實際電路中出現的最大過壓值，然後對應下表，直接選擇對應的電氣間隙。
圖片來源於GB/T 16935.1-2008
在 GB/T 16935.1裡面，推薦了幾個額定衝擊電壓的優選值，為了保險起見，我們可以選擇 4000V作為 BMS加強絕緣的衝擊耐受電壓。
圖片來源於 GB/T 16935.1-2008
3.4 電氣間隙取值
這樣的話，污染等級為 2、非均勻電場、耐受電壓 4000V，那麼對應的最小電氣間隙為 3mm，注意還要乘以海拔係數： 3*1.48=4.44mm，再留一下餘量的話，一般可以取做 5mm 作為加強絕緣的最小電氣間隙。
3.5 爬電距離取值
圖片來源於 GB/T 16935.1-2008
由表 F.4 爬電距離也是類似方法，跨接在爬電距離兩端的長期工作電壓的有效值決定了爬電距離。舉個例子，假如電池包最高總電壓為 800V，我們可以將它做為參考值，然後去查上表：污染等級還是 2， PCB 的材料組別選擇 CTI 在 175 以上，電壓有效值為 800V，則最小的爬電距離為 4mm，注意，如果是加強絕緣的話，按照標準還需要再乘以 2 倍，那就是 8mm。
四、設計電路
根據如上的推斷，故 PCB 設計如上圖所示，電氣間隙取 6.8mm，有很大餘量，若不開槽，爬電距離為 6.8mm，為了加強絕緣到 8mm 決定開槽，槽寬為 3mm。
五、總結
一般來說，爬電距離要求的數值比電氣間隙要大，設計時必須滿足這兩者的要求，開槽只能增加爬電距離而不能增加電氣間隙。所以當電氣間隙不夠時，開槽是不能解決這個問題的，開槽時要注意槽的位置、長短是否合適。以滿足爬電距離的要求。
六、參考文獻
[1] GB/T 18481-2001《電能質量 暫時過電壓和瞬態過電壓》
[2] GB/T 16935 -1《低壓系統內設備的絕緣配合》
[3] 搜狐>BMS裡面的安規設計：電氣間隙與爬電距離和絕緣要求
[4] CSDN>爬電距離與電氣間隙
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作者：Amanda Yang / 楊友莉
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