最大限度提高能量存儲電池管理系統(tǒng)中 電池電量監(jiān)視的準確度和數(shù)據(jù)完整性
1.電池接口對電池組中的每節(jié)電池提供嚴格管理和監(jiān)視;視電池組的數(shù)量不同而不同，系統(tǒng)根據(jù)需要采用盡可能多的電池接口。隨著電池數(shù)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(xiàn)系統(tǒng)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(jiān)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(lián)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(jié)電池，允許多達 48 個電池接口模塊疊置，支持包含多個并聯(lián)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(xiàn)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(xiàn) 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(jié)電池監(jiān)視器 IC LTC6804 (參見圖 4) 在 Nuvation BMS 解決方案中發(fā)揮關鍵作用的原因。LTC6804 專為滿足 BMS 系統(tǒng)及多節(jié)電池設計的需求而定制，起點是針對多達 12 節(jié)串聯(lián)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(jié)電池。要產(chǎn)生有意義的電源參數(shù)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(jié)電池監(jiān)視器 IC 針對疊置電池提供準確的測量值，是成功實現(xiàn) BMS 的起點。
當然，在實驗臺上原型機所處無害環(huán)境中實現(xiàn)的性能與 BMS 設置在不利的真實電氣及自然環(huán)境中可實現(xiàn)的性能是不同的。LTC6804 的模數(shù)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(shù)據(jù)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(tǒng)完整性，該 IC 包括一系列持續(xù)進行的子系統(tǒng)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(zhì)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(huán)境，包括獨特的系統(tǒng)級應用目標以及很多挑戰(zhàn)。
解決了 3 大問題
LTC6804 解決了影響系統(tǒng)性能的 3 大問題：轉換準確度、電池容量平衡和連通性 / 數(shù)據(jù)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(wěn)定、低漂移 (20ppm/√kHr)、低溫度系數(shù) (3ppm/°C)、低遲滯 (20ppm) 的主電壓基準以及卓越的長期穩(wěn)定性。這種準確度和穩(wěn)定性至關重要，因為這是所有后續(xù)電池測量的基礎，而且這些誤差對所采集數(shù)據(jù)的可信度、算法一致性及系統(tǒng)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(huán)境中符合規(guī)范的要求，此類噪聲環(huán)境是系統(tǒng)的大電流 / 高電壓逆變器的脈寬調(diào)制 (PWM) 瞬變的結果。另外，電荷狀態(tài) (SOC) 和電池健康狀況的準確評估還需要相互關聯(lián)的電壓、電流和溫度測量。
為了減低系統(tǒng)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(huán)境。該 ΔΣ 方法由于其具有每次轉換采用多個樣本的性質(zhì)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(tài)噪聲的影響。
2)電池容量平衡：大型電池包一般由多組電池或電池模塊組成，在任何使用這類電池包的系統(tǒng)中，電池容量平衡都是不可避免的要求。盡管大多數(shù)鋰電池在首次到達用戶手中時已經(jīng)進行了良好的容量匹配，但是隨著老化，鋰電池會損失容量。由于導致老化過程不同的因素有多種 (例如電池組的溫度變化率不同)，各節(jié)電池的老化過程可能各不相同。使整個老化過程加劇的是，如果允許電池工作范圍超出其 SOC 限制，那么這節(jié)電池就會提前老化，并會額外損失容量。這些容量方面的差異，加之自放電和負載電流方面的小差異，會導致電池容量失衡。
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