一、基本介绍
BMS 有三个主要系统：电池管理单元（BMU）、电池接线盒（BJB）和电池监控单元（CMU）。BMU 包含主控 MCU，是电池管理系统的控制部分，CMU 主要负责电池模组中电芯电压、温度的监控并反馈给 BMU，BJB 主要是一个机电箱，分流器、接触器和热熔断器都在这个箱子里。
HVBMS-LightningII 方案是一个用于电动汽车上的 800 V 的 BMS 方案，我主要负责 BJB Board 的硬件设计部分，BJB 板采用 2 颗 NXP MC33772C AFE，它测量并记录总电池电压以及流入和流出电池的电流， MC33772C 符合 AEC Q-100 标准的坚固设备可热插拔，并支持 ISO 26262，具有高达 ASIL D 功能安全的能力。本文主要介绍 BMS 方案的 BJB 板设计中 PCB 开槽的作用。
二、为什么需要开槽
在 PCB 板设计中，开槽是一种常用的设计手法，主要目的是为了实现电路板的绝缘和隔离。具体来说，开槽可以用于防止不同电压等级的电路之间发生放电或干扰，确保电路板的安全运行。
在知道为什么开槽之前首先要了解以下两个名词：
爬电距离：是指两相邻导体或一个导体与相邻电机壳表面的沿绝缘表面测量的最短距离。在 PCB 设计中，如果爬电间距无法满足的情况下，应该通过开槽的方式来增大导体间的爬电距离。
电气间隙：指的是两导电部件之间的最短距离，它的基本取决于尖峰电压（空气被击穿），并且与工作电压、污染等级有关。两点间的尖峰电压影响所需的防放电距离。例如，对于 220Vac，污染等级 2 的基本绝缘（初级之间、初级对 PE）和加强绝缘（初级对次级），选择的电气间隙分别是 2.0mm 和 4.0mm。
在 PCB上的强弱电流之间，单独使用 PB 材料也能承受一定耐压，PCB 耐压虽然不低，但长期使用后会治上灰尘和潮气，因此耐压会降低，耐压降低意味着爬电距离减少了，爬电距离是绝缘子表面被污染后，绝缘电阻降低，在高压下产生电流(甚至电弧)的现象。PCB 开槽后，短距离采用直接空气隔离，在一定程度上保证其耐压。
三、计算电气间隙和爬电距离
在 PCB 设计过程中，如果爬电间距无法满足的情况下，我们应该通过开槽的方式来增大导体间的爬电距离。在 PCB 设计中，确定开槽宽度的方法主要根据电气间隙与爬电距离的需求。开槽距离的确定需要综合考虑多种因素，包括电路板的工作电压、绝缘等级、污染等级、材料等。在一些特殊情况下，如果空间允许，为了降低风险，可以尽量增大开槽的距离。在具体的 PCB 设计中，可以根据实际情况进行确定开槽距离。
3.1 CTI 数值
相比电痕化指数（ CTI）是用来对绝缘材料的绝缘性能进行评价的等级参考， CTI 数值越大，代表绝缘性能越好；
图片来源于 GB/T 16935.1-2008
对 BMS 实际应用来说，涉及到的绝缘材料主要是 PCB、器件材料和壳体材料；一般通用的要求是 PCB 的 CTI≥ 175，其他材料 CTI≥ 600。
3.2海拔修正系数
海拔主要对电气间隙有影响，在 2000m 以下不考虑海拔影响，但 2000m 以上就要考虑，主要方法就是需要乘以一个海拔系数做降额，具体见下表。
图片来源于 GB/T 16935.1-2008
3.3 耐受电压
根据 GB/T 16935.1，电气间隙应以承受所要求的冲击耐受电压来确定。 说得浅显些，需要选取一个在实际电路中出现的最大过压值，然后对应下表，直接选择对应的电气间隙。
图片来源于GB/T 16935.1-2008
在 GB/T 16935.1里面，推荐了几个额定冲击电压的优选值，为了保险起见，我们可以选择 4000V作为 BMS加强绝缘的冲击耐受电压。
图片来源于 GB/T 16935.1-2008
3.4 电气间隙取值
这样的话，污染等级为 2、非均匀电场、耐受电压 4000V，那么对应的最小电气间隙为 3mm，注意还要乘以海拔系数： 3*1.48=4.44mm，再留一下余量的话，一般可以取做 5mm 作为加强绝缘的最小电气间隙。
3.5 爬电距离取值
图片来源于 GB/T 16935.1-2008
由表 F.4 爬电距离也是类似方法，跨接在爬电距离两端的长期工作电压的有效值决定了爬电距离。举个例子，假如电池包最高总电压为 800V，我们可以将它做为参考值，然后去查上表：污染等级还是 2， PCB 的材料组别选择 CTI 在 175 以上，电压有效值为 800V，则最小的爬电距离为 4mm，注意，如果是加强绝缘的话，按照标准还需要再乘以 2 倍，那就是 8mm。
四、设计电路
根据如上的推断，故 PCB 设计如上图所示，电气间隙取 6.8mm，有很大余量，若不开槽，爬电距离为 6.8mm，为了加强绝缘到 8mm 决定开槽，槽宽为 3mm。
五、总结
一般来说，爬电距离要求的数值比电气间隙要大，设计时必须满足这两者的要求，开槽只能增加爬电距离而不能增加电气间隙。所以当电气间隙不够时，开槽是不能解决这个问题的，开槽时要注意槽的位置、长短是否合适。以满足爬电距离的要求。
六、参考文献
[1] GB/T 18481-2001《电能质量 暂时过电压和瞬态过电压》
[2] GB/T 16935 -1《低压系统内设备的绝缘配合》
[3] 搜狐>BMS里面的安规设计：电气间隙与爬电距离和绝缘要求
[4] CSDN>爬电距离与电气间隙
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作者：Amanda Yang / 杨友莉
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