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

2)电池容量平衡：大型电池包一般由多组电池或电池模块组成，在任何使用这类电池包的系统中，电池容量平衡都是不可避免的要求。尽管大多数锂电池在首次到达用户手中时已经进行了良好的容量匹配，但是随着老化，锂电池会损失容量。由于导致老化过程不同的因素有多种 (例如电池组的温度变化率不同)，各节电池的老化过程可能各不相同。使整个老化过程加剧的是，如果允许电池工作范围超出其 SOC 限制，那么这节电池就会提前老化，并会额外损失容量。这些容量方面的差异，加之自放电和负载电流方面的小差异，会导致电池容量失衡。

为了解决电池容量失衡问题，LTC6804 直接地支持被动平衡 (用一个用户可设置的定时器)。被动平衡是一种简便的低成本方法，可在电池充电周期归一化所有电池的 SOC。通过从容量较低的电池中移走电荷，被动平衡确保这些容量较低的电池不会过度充电。LTC6804 还可用来控制主动平衡，这是一种更加复杂的平衡方法，在充电或放电周期中在电池之间传送电荷。

无论采用主动平衡还是被动平衡，电池容量平衡效果都取决于测量准确度是否足够高。随着测量误差增大，系统建立的工作保护带也必须随之增大，因此，容量平衡性能的实效就会受到限制。此外，随着 SOC 范围受到进一步限制，对这些误差的灵敏度也会提高。LTC6804 的总体测量误差低于 1.2mV，完全处于系统级要求范围之内。

3)连通性 / 数据完整性考虑：电池组设计中的模块化增强了可扩展性、可维修性和外形的灵活性。然而，这种模块化要求电池组之间的数据总线具有电流隔离 (无电阻通路)，这样，任何一个电池组中的故障就不会影响系统的其余部分或在总线上施加高电压。此外，电池组之间的配线必须要能耐受很高的 EMI。

两线式隔离数据总线是一种能以紧凑和具成本效益的方式实现上述目标的可行解决方案。因此，LTC6804 提供了被称为 isoSPI 的隔离式 SPI 互连，其负责把用于时钟、数据输入、数据输出和芯片选择的信号编码为差分脉冲，然后通过一个变压器把这些差分脉冲耦合至一个坚固、可靠和确定已久的隔离组件 (参见图 5)。

图 5：LTC6804 支持隔离式 SPI 接口，该接口可以“菊花链”方式连接，以组成较大的阵列，从而实现坚固、抗 EMI 的互连，同时还能够最大限度减少布线需求和隔离器数量。

该总线上的器件可以通过 “菊花链” 方式连接，这种连接方式可极大地减小线束尺寸，并实现大型、高压电池包的模块化设计，同时保持很高的数据传输速率和很低的 EMI 敏感性 (参见图 6)。

图 6：对 LTC6804 和 isoSPI 接口的测试结果表明，在 isoSPI 以 20mA 信号强度工作时，尽管注入了 200mA RF，但是仍然没产生数据误差。

为了展示抗噪声性能，凌力尔特对 LTC6804 进行了 BCI 测试。测试时使用 1MHz 至 400MHz RF 载波，且在载波上有 1kHz AM 调制，通过该载波将 100mA RF 能量耦合到连接电池的线束中。LTC6804 数字滤波器的截止频率设定为 1.7kHz，另外还增加了外部 RC 滤波器和铁氧扼流圈。测试结果为，在整个 RF 频率范围内，电压读数误差低于 2mV。

LTC6804 提供一系列自评估和自测试功能，这使该器件更加适合 BMS 应用了。这些评估和测试功能包括断线检测、第二个内部 ADC 时钟基准、多工器自测试甚至内部电源电压测量。该器件为准备与 ISO 26262 和 IEC 61508 标准兼容的系统而设计。

结论

面向电网供电系统的备份和连续供电电源有很大的 “魅力”。这类电源似乎非常简单明了：给一个电池阵列充电 (无论是用电网的 AC 电力线还是太阳能、风能或其他可再生能源)，然后在需要时，用这些电池和 DC/AC 逆变器提供相当于电力线供电的 AC 电源。

现实情况是，这些电池的任何工作方式或性能特点都不“简单”，需要仔细控制对它们的充电，仔细控制对其电压、电流和温度的监视，以及仔细控制其放电。随着功率的提高，实用、高效和安全的系统设计绝不是微不足道的，因此连接电网的多节电池 BMS 也是非常复杂的系统。需要理解和解决很多独特问题，其中系统安全是主要问题。

成功和可行的系统设计需要一种由优化组件 (例如：LTC6804) 自下而上地提供支持模块化、结构化、自顶向下的架构。当与精细、安全的数据采集和控制软件相组合时，可造就高性能的可靠 BMS，此类 BMS 几乎不需要操作人员的干预，并将以自主的方式运行，从而提供为期多年的可靠服务。