最大限度提高能量存儲電池管理系統(tǒng)中 電池電量監(jiān)視的準確度和數據完整性

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。盡管大多數鋰電池在首次到達用戶手中時已經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。

為了解決電池容量失衡問題，LTC6804 直接地支持被動平衡 (用一個用戶可設置的定時器)。被動平衡是一種簡便的低成本方法，可在電池充電周期歸一化所有電池的 SOC。通過從容量較低的電池中移走電荷，被動平衡確保這些容量較低的電池不會過度充電。LTC6804 還可用來控制主動平衡，這是一種更加復雜的平衡方法，在充電或放電周期中在電池之間傳送電荷。

無論采用主動平衡還是被動平衡，電池容量平衡效果都取決于測量準確度是否足夠高。隨著測量誤差增大，系統(tǒng)建立的工作保護帶也必須隨之增大，因此，容量平衡性能的實效就會受到限制。此外，隨著 SOC 范圍受到進一步限制，對這些誤差的靈敏度也會提高。LTC6804 的總體測量誤差低于 1.2mV，完全處于系統(tǒng)級要求范圍之內。

3)連通性 / 數據完整性考慮：電池組設計中的模塊化增強了可擴展性、可維修性和外形的靈活性。然而，這種模塊化要求電池組之間的數據總線具有電流隔離 (無電阻通路)，這樣，任何一個電池組中的故障就不會影響系統(tǒng)的其余部分或在總線上施加高電壓。此外，電池組之間的配線必須要能耐受很高的 EMI。

兩線式隔離數據總線是一種能以緊湊和具成本效益的方式實現上述目標的可行解決方案。因此，LTC6804 提供了被稱為 isoSPI 的隔離式 SPI 互連，其負責把用于時鐘、數據輸入、數據輸出和芯片選擇的信號編碼為差分脈沖，然后通過一個變壓器把這些差分脈沖耦合至一個堅固、可靠和確定已久的隔離組件 (參見圖 5)。

圖 5：LTC6804 支持隔離式 SPI 接口，該接口可以“菊花鏈”方式連接，以組成較大的陣列，從而實現堅固、抗 EMI 的互連，同時還能夠最大限度減少布線需求和隔離器數量。

該總線上的器件可以通過 “菊花鏈” 方式連接，這種連接方式可極大地減小線束尺寸，并實現大型、高壓電池包的模塊化設計，同時保持很高的數據傳輸速率和很低的 EMI 敏感性 (參見圖 6)。

圖 6：對 LTC6804 和 isoSPI 接口的測試結果表明，在 isoSPI 以 20mA 信號強度工作時，盡管注入了 200mA RF，但是仍然沒產生數據誤差。

為了展示抗噪聲性能，凌力爾特對 LTC6804 進行了 BCI 測試。測試時使用 1MHz 至 400MHz RF 載波，且在載波上有 1kHz AM 調制，通過該載波將 100mA RF 能量耦合到連接電池的線束中。LTC6804 數字濾波器的截止頻率設定為 1.7kHz，另外還增加了外部 RC 濾波器和鐵氧扼流圈。測試結果為，在整個 RF 頻率范圍內，電壓讀數誤差低于 2mV。

LTC6804 提供一系列自評估和自測試功能，這使該器件更加適合 BMS 應用了。這些評估和測試功能包括斷線檢測、第二個內部 ADC 時鐘基準、多工器自測試甚至內部電源電壓測量。該器件為準備與 ISO 26262 和 IEC 61508 標準兼容的系統(tǒng)而設計。

結論

面向電網供電系統(tǒng)的備份和連續(xù)供電電源有很大的 “魅力”。這類電源似乎非常簡單明了：給一個電池陣列充電 (無論是用電網的 AC 電力線還是太陽能、風能或其他可再生能源)，然后在需要時，用這些電池和 DC/AC 逆變器提供相當于電力線供電的 AC 電源。

現實情況是，這些電池的任何工作方式或性能特點都不“簡單”，需要仔細控制對它們的充電，仔細控制對其電壓、電流和溫度的監(jiān)視，以及仔細控制其放電。隨著功率的提高，實用、高效和安全的系統(tǒng)設計絕不是微不足道的，因此連接電網的多節(jié)電池 BMS 也是非常復雜的系統(tǒng)。需要理解和解決很多獨特問題，其中系統(tǒng)安全是主要問題。

成功和可行的系統(tǒng)設計需要一種由優(yōu)化組件 (例如：LTC6804) 自下而上地提供支持模塊化、結構化、自頂向下的架構。當與精細、安全的數據采集和控制軟件相組合時，可造就高性能的可靠 BMS，此類 BMS 幾乎不需要操作人員的干預，并將以自主的方式運行，從而提供為期多年的可靠服務。