最大限度提高能量存儲電池管理系統中 電池電量監視的準確度和數據完整性

圖 3：Nuvation BMS 的 3 大子系統：電池接口、電池組控制器、電源接口。該 BMS 由模塊化、分級設計組成，可對多種功率級系統提供可擴展性、堅固性和可靠性。

圖 3：Nuvation BMS 的 3 大子系統：電池接口、電池組控制器、電源接口。該 BMS 由模塊化、分級設計組成，可對多種功率級系統提供可擴展性、堅固性和可靠性。

1.電池接口對電池組中的每節電池提供嚴格管理和監視;視電池組的數量不同而不同，系統根據需要采用盡可能多的電池接口。隨著電池數量增加以及由此而來的電池組電壓提高，這些接口可以按菊花鏈方式連接以實現系統擴展。

2.所有電池接口都連接到一個電池組控制器，該控制器監視和管理多個電池接口單元。如果需要，多個電池組控制器可以連接到一起，以支持由很多電池組并聯組成的大型電池包。

3.電源接口將電池組控制器連接到高壓 / 大電流線路，是到逆變器 / 充電器的接口。電源接口從物理上和電氣上使高壓和大電流組件與其他模塊隔離。該接口還直接從電池組給 BMS 供電，因此 BMS 的運行無需任何外部電源。

Nuvation BMS 的模塊化和分級架構支持高達 1250Vdc 的電池包電壓，所采用的電池接口模塊每個支持多達 16 節電池，允許多達 48 個電池接口模塊疊置，支持包含多個并聯電池組的電池包。從用戶的角度來看，整個組裝陣列是作為單一單元管理的。

堅固的設計是自下而上建立的

模塊化架構、分級拓撲和注重減少差錯的設計對 Nuvation BMS 實現完整性和可擴展性而言是必不可少的，但是這還不夠。成功實現 Nuvation BMS 還需要以高性能基本功能構件作為物理基礎。

這就是為什么凌力爾特公司的多節電池監視器 IC LTC6804 (參見圖 4) 在 Nuvation BMS 解決方案中發揮關鍵作用的原因。LTC6804 專為滿足 BMS 系統及多節電池設計的需求而定制，起點是針對多達 12 節串聯疊置的電池提供精確的測量值。該器件的測量輸入不是以地為基準的，這極大地簡化了對電池的測量，而且 LTC6804 本身是可疊置的，以用于較高電壓的陣列 (該器件還支持各種電池化學組成)。LTC6804 以 16 位分辨率提供 0.033% 的最大誤差，僅需要 290μs 就可測完所有 12 節電池。要產生有意義的電源參數分析結果，這樣的同步電壓和電流測量是至關重要的。

圖 4：凌力爾特公司的 LTC6804 多節電池監視器 IC 針對疊置電池提供準確的測量值，是成功實現 BMS 的起點。

當然，在實驗臺上原型機所處無害環境中實現的性能與 BMS 設置在不利的真實電氣及自然環境中可實現的性能是不同的。LTC6804 的模數轉換器 (ADC) 架構設計采用專門針對電源逆變器噪聲而設計的濾波器，可抵御這些有害影響，并使影響最小化。

數據接口采用隔離式單條雙絞線 SPI 接口，支持高達 1Mb 的傳輸速率和長達 100 米的傳輸距離。為了進一步提高系統完整性，該 IC 包括一系列持續進行的子系統測試功能。作為進一步表明其可靠性和堅固性的標志，LTC6804 滿足保證汽車質量的嚴格 AEC-Q100 標準要求。這款 IC 由于專用設計而取得了出色成果，其設計密切關注 BMS 問題和環境，包括獨特的系統級應用目標以及很多挑戰。

解決了 3 大問題

LTC6804 解決了影響系統性能的 3 大問題：轉換準確度、電池容量平衡和連通性 / 數據完整性：

1)轉換準確度：考慮到 BMS 應用的短期和長期準確度要求，該器件采用了掩埋齊納轉換基準，而不是帶隙基準。這提供了一個穩定、低漂移 (20ppm/√kHr)、低溫度系數 (3ppm/°C)、低遲滯 (20ppm) 的主電壓基準以及卓越的長期穩定性。這種準確度和穩定性至關重要，因為這是所有后續電池測量的基礎，而且這些誤差對所采集數據的可信度、算法一致性及系統性能都有累積影響。

盡管高準確度基準是確保上佳性能的必要部件，但僅靠這個是不夠的。A/D 轉換器架構及其運作必須在電噪聲環境中符合規范的要求，此類噪聲環境是系統的大電流 / 高電壓逆變器的脈寬調制 (PWM) 瞬變的結果。另外，電荷狀態 (SOC) 和電池健康狀況的準確評估還需要相互關聯的電壓、電流和溫度測量。

為了減低系統噪聲以避免其影響 BMS 性能，LTC6804 轉換器采用了一種增量-累加 (ΔΣ) 拓撲，輔之以 6 種用戶可選的濾波器選項以應對噪聲環境。該 ΔΣ 方法由于其具有每次轉換采用多個樣本的性質和一種取平均的濾波功能，因而減輕了電磁干擾 (EMI) 和其他瞬態噪聲的影響。