打破 BMS IC 的復雜性

電池管理系統(tǒng) （BMS） IC 是一個相對復雜的系統(tǒng)。與大多數(shù)電源管理 IC 不同，它集成了許多相互依賴的功能，這些功能必須準確、無縫、和諧地工作，才能提供功能齊全的 BMS。在任何電池供電的設備中，BMS 都是最關鍵和最敏感的組件之一，通常是最重要的。

鋰離子電池雖然功能強大，但高度敏感，如果處理不當可能會帶來安全風險。保養(yǎng)不當也會顯著縮短它們的使用壽命，導致容量減少，甚至使電池無法使用。BMS IC 是負責確保電池組運行狀況、報告其狀態(tài)和保持最佳性能的關鍵元件 - 無論是獨立還是與系統(tǒng)處理器協(xié)作。 

四大關鍵功能

在 BMS IC 執(zhí)行的眾多任務中，這四項功能（排名不分先后）是最關鍵的，因為它們對于可靠高效的電池管理系統(tǒng)都至關重要：

1. 保護和安全

2. 平衡

3. 指控狀態(tài)確定和報告

4. 健康狀況評估

保護、安全和平衡：精確電壓測量的作用

保護、安全和平衡在很大程度上取決于精確的電池電壓測量。在其眾多任務中，精確測量電池電壓的能力是 BMS IC 最具挑戰(zhàn)性的任務之一。這在平衡電池時變得尤為重要。

鋰離子電池對特定電壓閾值高度敏感。超過最小或最高限制可能會損壞電池，而過度充電會帶來火災或爆炸的重大風險。準確的電壓測量對于維持這些限制至關重要，因為不準確可能需要增加緩沖裕量，從而降低電池的可用容量。這些裕量的大小與測量精度直接相關。

使情況更加復雜的是，電池電壓受電池阻抗和電流的影響。這種可變性需要對閾值進行動態(tài)調(diào)整，這使得精確的阻抗評估成為該過程的重要組成部分。這些挑戰(zhàn)還延伸到健康狀況 （SOH） 評估，我們將在后面探討。

另一方面，平衡的要求更高。它不僅需要精度，還需要評估每個單元中存儲的相對能量的能力。對于磷酸鐵鋰 （LFP） 等新興化學成分，平衡尤為重要，因為它們的開路電壓曲線平坦，即使是很小的電壓差也會轉(zhuǎn)化為嚴重的能量不平衡。平衡不良會加劇問題，導致電池組容量長期退化。

為了有效平衡細胞，同時測量所有細胞是關鍵。通過同時測量所有電池，可以消除電流變化 - 這可能會使讀數(shù)失真。這種方法簡化了平衡過程，并避免了對可能引入進一步不準確的復雜濾波器或算法的需求。 

同步測量

實現(xiàn)同步測量取決于每個電池單元都有一個專用的 ADC。但是，實現(xiàn)這一點傳統(tǒng)上會帶來重大挑戰(zhàn)：

• 芯片面積和成本：每節(jié)電池增加一個 ADC 會顯著增加硅面積，從而推高成本。

• 嚴格的公差：確保多個 ADC 的精度一致至關重要，因為性能變化會抵消同步測量的好處。

 Novan Semiconductor 獲得專利的數(shù)字輔助模擬 （DAA） 技術取得了重大突破：將整個工作范圍內(nèi)的測量誤差降低到前所未有的 1 mV 精度，同時最大限度地減小尺寸并保持經(jīng)濟性，使每個單元的專用 ADC 可行，并消除了定時多路復用測量引起的大量誤差，無需校準。 

充電狀態(tài)：精度至關重要

準確的 SOC 測定取決于精確的庫侖計數(shù)，即測量流入和流出電池的能量。如今，許多產(chǎn)品都依賴于“偽庫侖計數(shù)”，使用 16 位 Σ-Δ ADC 來測量電流，并嘗試隨時間推移進行積分。然而，即使是這個過程中的小錯誤也會在幾個周期內(nèi)累積，從而導致大量的不準確。為了緩解這種情況，許多系統(tǒng)依賴于復雜的電池建模和護欄，這增加了成本和復雜性，但無法保證準確性。

通過將行業(yè)首創(chuàng)的 22 位 ENOB 分辨率與獨特的平均方法相結合，Nova 的 PureAveraging 技術可以準確測量庫侖，無論電流形狀或頻率如何。這種方法幾乎考慮了所有的電子運動，實現(xiàn)了非凡的 0.02% 的可重復性——比傳統(tǒng)方法高出幾個數(shù)量級。值得注意的是，這種精度是在不依賴電池建?；蜃o欄的情況下實現(xiàn)的，如圖 2 所示。

圖 2.SOC 測量，Nova 與其他。

健康狀況：重要見解

最后，SOH 可能是所有 BMS 功能中最關鍵的，因為它提供電池退化和潛在故障的早期警告。準確的 SOH 評估需要測量每個電池的阻抗和阻抗隨時間的變化。與平衡一樣，同時測量所有電池和電流對于精確分析至關重要。這確保了電壓偏移和電流變化之間的準確關聯(lián)。同樣，每個電池的專用 ADC 和先進的技術在這里表現(xiàn)出色，可提供最準確和可靠的測量。 

NB1400 和 NB1600：多功能、功能齊全的 BMS 解決方案

Nova 現(xiàn)有的 NB1400 已提供樣品，即將推出（2025 年第一季度）的 NB1600 是 14 節(jié)和 16 節(jié)電池的 BMS 器件，重新定義了準確性、多功能性和功能。這些先進的 IC 經(jīng)過獨特設計，既可以用作模擬前端 （AFE），也可以用作功能齊全的獨立 BMS 解決方案。

當作為獨立系統(tǒng)使用時，NB1400 和 NB1600 不需要外部微控制器來執(zhí)行所有關鍵的 BMS 功能，包括保護、平衡、SOC 測定和 SOH 評估。這種獨立性簡化了系統(tǒng)設計，減少了組件數(shù)量，并增強了整體可靠性。當然，可以以混合方式使用該設備，其中可以啟用或禁用各個功能以最適合系統(tǒng)。

NB1400 已經(jīng)在性能方面樹立了新的標準，而 NB1600 又在此基礎上增加了額外的功能，Nova 繼續(xù)在提供尖端的電池管理解決方案方面處于領先地位。 

NB1400 和 NB1600 的使用案例和優(yōu)勢

NB1400 和 NB1600 在各種應用中表現(xiàn)出色，從消費電子產(chǎn)品到工業(yè)系統(tǒng)、電動汽車和可再生能源存儲。在 EV 電池組和某些工業(yè)應用中，用戶經(jīng)常實現(xiàn)獨特的功能和算法，這些 IC 是精度最高、功能最強大的 AFE。

 這兩款器件都針對磷酸鐵鋰 （LFP） 等下一代化學成分進行了優(yōu)化，由于其平坦的電壓曲線，這些化學成分需要極高的精度。

NB1400 和 NB1600 具有無與倫比的 SOH 和 SOC 評估功能，在準確性和可靠性方面樹立了新的行業(yè)標準，確保每個應用的最佳性能和安全性。 

新的 BMS 基準測試

通過應對精確電壓測量、精確 SOC 測定和可靠 SOH 評估的挑戰(zhàn)，Nova 正在為電池管理系統(tǒng)的安全性、可靠性和性能設定基準。