最大限度提高能量存储电池管理系统中 电池电量监视的准确度和数据完整性

图 3：Nuvation BMS 的 3 大子系统：电池接口、电池组控制器、电源接口。该 BMS 由模块化、分级设计组成，可对多种功率级系统提供可扩展性、坚固性和可靠性。

图 3：Nuvation BMS 的 3 大子系统：电池接口、电池组控制器、电源接口。该 BMS 由模块化、分级设计组成，可对多种功率级系统提供可扩展性、坚固性和可靠性。

1.电池接口对电池组中的每节电池提供严格管理和监视;视电池组的数量不同而不同，系统根据需要采用尽可能多的电池接口。随着电池数量增加以及由此而来的电池组电压提高，这些接口可以按菊花链方式连接以实现系统扩展。

2.所有电池接口都连接到一个电池组控制器，该控制器监视和管理多个电池接口单元。如果需要，多个电池组控制器可以连接到一起，以支持由很多电池组并联组成的大型电池包。

3.电源接口将电池组控制器连接到高压 / 大电流线路，是到逆变器 / 充电器的接口。电源接口从物理上和电气上使高压和大电流组件与其他模块隔离。该接口还直接从电池组给 BMS 供电，因此 BMS 的运行无需任何外部电源。

Nuvation BMS 的模块化和分级架构支持高达 1250Vdc 的电池包电压，所采用的电池接口模块每个支持多达 16 节电池，允许多达 48 个电池接口模块叠置，支持包含多个并联电池组的电池包。从用户的角度来看，整个组装阵列是作为单一单元管理的。

坚固的设计是自下而上建立的

模块化架构、分级拓扑和注重减少差错的设计对 Nuvation BMS 实现完整性和可扩展性而言是必不可少的，但是这还不够。成功实现 Nuvation BMS 还需要以高性能基本功能构件作为物理基础。

这就是为什么凌力尔特公司的多节电池监视器 IC LTC6804 (参见图 4) 在 Nuvation BMS 解决方案中发挥关键作用的原因。LTC6804 专为满足 BMS 系统及多节电池设计的需求而定制，起点是针对多达 12 节串联叠置的电池提供精确的测量值。该器件的测量输入不是以地为基准的，这极大地简化了对电池的测量，而且 LTC6804 本身是可叠置的，以用于较高电压的阵列 (该器件还支持各种电池化学组成)。LTC6804 以 16 位分辨率提供 0.033% 的最大误差，仅需要 290μs 就可测完所有 12 节电池。要产生有意义的电源参数分析结果，这样的同步电压和电流测量是至关重要的。

图 4：凌力尔特公司的 LTC6804 多节电池监视器 IC 针对叠置电池提供准确的测量值，是成功实现 BMS 的起点。

当然，在实验台上原型机所处无害环境中实现的性能与 BMS 设置在不利的真实电气及自然环境中可实现的性能是不同的。LTC6804 的模数转换器 (ADC) 架构设计采用专门针对电源逆变器噪声而设计的滤波器，可抵御这些有害影响，并使影响最小化。

数据接口采用隔离式单条双绞线 SPI 接口，支持高达 1Mb 的传输速率和长达 100 米的传输距离。为了进一步提高系统完整性，该 IC 包括一系列持续进行的子系统测试功能。作为进一步表明其可靠性和坚固性的标志，LTC6804 满足保证汽车质量的严格 AEC-Q100 标准要求。这款 IC 由于专用设计而取得了出色成果，其设计密切关注 BMS 问题和环境，包括独特的系统级应用目标以及很多挑战。

解决了 3 大问题

LTC6804 解决了影响系统性能的 3 大问题：转换准确度、电池容量平衡和连通性 / 数据完整性：

1)转换准确度：考虑到 BMS 应用的短期和长期准确度要求，该器件采用了掩埋齐纳转换基准，而不是带隙基准。这提供了一个稳定、低漂移 (20ppm/√kHr)、低温度系数 (3ppm/°C)、低迟滞 (20ppm) 的主电压基准以及卓越的长期稳定性。这种准确度和稳定性至关重要，因为这是所有后续电池测量的基础，而且这些误差对所采集数据的可信度、算法一致性及系统性能都有累积影响。

尽管高准确度基准是确保上佳性能的必要部件，但仅靠这个是不够的。A/D 转换器架构及其运作必须在电噪声环境中符合规范的要求，此类噪声环境是系统的大电流 / 高电压逆变器的脉宽调制 (PWM) 瞬变的结果。另外，电荷状态 (SOC) 和电池健康状况的准确评估还需要相互关联的电压、电流和温度测量。

为了减低系统噪声以避免其影响 BMS 性能，LTC6804 转换器采用了一种增量-累加 (ΔΣ) 拓扑，辅之以 6 种用户可选的滤波器选项以应对噪声环境。该 ΔΣ 方法由于其具有每次转换采用多个样本的性质和一种取平均的滤波功能，因而减轻了电磁干扰 (EMI) 和其他瞬态噪声的影响。