若何在储能电池规画零星中后退电池监控精度以及数据残缺性？

发布时间：2025-03-17 07:55:32 来源：いしはたみきお(石幡干夫)网 作者：休闲

并网电池阵列是若何可行的备用电源以及便携电源处置妄想
，专用丈量IC可知足配合而重大的储能池监残缺要求 ，确保实现坚贞的电池度及零星功能
。运用大规模电池阵列作为备用以及便携储能装置正受到越来越多的规画关注，在这些零星中 ，零星电池不断经由供电电网或者其余电源充电，中后而后在用户需要时经由DC/AC逆变器将交流电源输送给用户。退电

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运用电池作为备用电源并不别致，控精良多零星都提供从根基的数据120/240Vac以及数百瓦（用于台式电脑短期备用），到数千瓦备用电源（用于船舶
、若何混合能源车或者纯电动汽车等特种车辆）
，储能池监残缺用于电网规模电信以及数据中间的电池度及备用电源则高达数百千瓦（见图1）。可是规画，尽管巨匠普遍关注电池化学技术方面的零星后退，但就着实可行的中后电池装置妄想而言，电池规画零星(BMS)部份也同样紧张
。

在实施储能电池规画零星时存在良多挑战 ，其处置妄想不能重大地从小规模、低容量的电池组妨碍扩展 ，而是需要新的
、更重大的策略以及关键反对于组件。

第一个挑战是良多紧张电池电芯参数的丈量需要高精度以及可信度。此外，其子零星必需接管模块化妄想 ，应承凭证运用的详细需要定制配置装备部署，并思考可能妨碍的扩展、部份规画下场以及需要的呵护 。

大型存储阵列的使命情景也带来了其余严正挑战。尽管存在高电压/电流逆变器以及随之发生的电流峰值 ，BMS依然必需在噪声很大的高温电气情景中提供精确
、不同的数据。此外
，它还必需提供对于外部模块的大批精确数据以及零星温度丈量，这对于充电、监控以及放电至关紧张，而不光仅是提供一些简陋的汇总值
。

由于这些电力零星担当着根基使命使命 ，因此其运行坚贞性至关紧张。为了实现这些目的 ，BMS必需确保数据的精确性以及残缺性 ，同时不断妨碍形态评估 ，以即可能不断接管需要的措施 。实现坚贞的妄想以及清静性是一个多级历程，BMS必需预料下场
，实施自测 ，并对于所有子零星妨碍倾向检测 ，而后在待机以及操作方式下实施适量的操作。最后，由于高电压、高电流以及高功率电平 ，BMS必需知足良多严厉的监管尺度。

经由零星妄想将意见转化为实际妄想

尽管监控可充电电池的意见很重大（惟独在电池中间配置电压以及电流丈量电路） ，但BMS的实际情景残缺差距 ，而且要重大良多 。

坚贞的妄想首先要周全监控单个电池电芯
，这就对于模拟功能有很高的要求。电芯读数需要精确到毫伏以及毫安
，电压以及电流丈量必需光阴同步以合计功率。BMS还必需评估每一个丈量值的实用性，需要较大限度地后退数据残缺性 ，同时必需识别过错或者可疑读数 。它不能漠视可能表明潜在下场的颇为读数 ，但同时也不能基于过错的数据接管行动
。

模块化BMS架构可后退安妥性 、可扩展性以及坚贞性 。模块化尚有助于凭证需要在数据链路的分段之间运用阻止  ，较大限度地削减电气噪声 ，后退清静性。此外，搜罗CRC（循环冗余校验）倾向检测以及链路确认协议的先进数据编码格式可确保数据残缺性，以便零星规画功能确信其接管的数据便是发送的数据 。

好比
，Nuvation Engineering公司（加利福尼从容亚州滑铁卢 、安约莫以及森尼韦尔）开拓的可扩展
、可自界说电池规画零星就接管了上述原则。实际证实，Nuvation BMS中的电网储能零星以及备用电源配置装备部署妄想颇为乐成，其中坚贞性以及安定性至关紧张 。这个现成BMS的中间优势在于其搜罗三个子零星的分层分级拓扑（图2） ，每一个子零星都具备配合的功能 ，如图3所示 。

逆变器功能

图3.Nuvation BMS的三个主要子零星（电池电芯接口 、电池货仓操作器、电源接口）接管模块化分层妄想，可在种种功率电平下实现可扩展性、安妥性以及坚贞性

1.电芯接口严厉规画以及监控电池货仓中的每一个电池电芯；零星凭证需要运用尽可能多的电芯接口，详细取决于电池货仓的数目 
。这些接口可凭证电芯数目以菊花链方式衔接，从而使货仓电压削减。

2.电芯接口衔接到单个货仓操作器，该操作器监控以及规画多个电芯接口单元。假如需要，可能将多个货仓操作器衔接在一起 ，以反对于具备良多并行货仓的大型电池组。

3.电源接口将货仓操作器衔接到高电压/电流线，同时也是衔接到逆变器/充电器的接口
。它将电池货仓的高电压以及高电流组件与其余模块实现物理以及电气阻止。它还直接从电池货仓为BMS供电
，使BMS无需任何外部电源即可运行。

Nuvation BMS的模块化分层架构反对于高达1250Vdc的电池组电压，运用电芯接口模块 ，每一个模块都搜罗多达16节电芯 、具备多达48个电芯接口模块的电池货仓，以及搜罗多个并行货仓的电池组。从用户的角度来看
，全部阵列组件作为单个单元规画。

自下而上构建坚贞的妄想

模块化架构、分层拓扑以及过错感知妄想等因素对于Nuvation BMS的残缺性以及可扩展性是不可或者缺的 ，但这些还不够 。乐成的实施需要高功勤勉用模块作为物理根基。

这便是 LTC6804 多电芯电池监控器IC（图4）在Nuvation BMS实施中起关键熏染的原因。它专为知足BMS零星以及多电芯妄想需要而定制 ，可对于多达12个串联重叠的电池电芯妨碍精确丈量。其丈量输入不以接地作为参考，这大大地简化了这些单元的丈量，而 LTC6804 自己可妨碍重叠与高电压阵列一起运用（它还反对于种种电芯化学特色）
。它提供最大0.033%倾向以及16位分说率，惟独要290μs即可丈量电池货仓中的所有12个电芯。这种同步电压以及电流丈量对于发生分心义的功率参数合成至关紧张 。

尽管 ，精采的使命台原型机制作情景与在电气以及情景条件倒霉的着实BMS配置比照
，两者的实际可完乐成用是纷比方样的。 LTC6804 的模拟/数字转换器(ADC)架构旨在运用特意针对于功率逆变器噪声而妄想的滤波器抑制并尽管纵然削减这些倒霉影响。

数据接口运用单条双绞线、阻止SPI接口，反对于高达1Mb的速率以及长达100米的距离。为了进一步增强零星残缺性 ，该IC还妨碍了一系列子零星测试 。 LTC6804 知足严厉的AEC-Q100汽车品质尺度，进一步证明了其坚贞性以及安定性 
。这款IC能取患上这样的成果，是由于其妄想亲密关注BMS下场以及情景 ，搜罗运用的配合零星级目的及其诸多挑战。

LTC6804处置的三大下场

LTC6804主要处置了影响零星功能、转换精度、电池失调以及衔接性/数据残缺性思考因素的三个方面：

□ 转换精度

BMS利用具备短期以及临时精度需要，因此运用了掩埋式齐纳转换基准电压源而非带隙基准电压源。这可能提供晃动的低漂移 (20ppm/√kHr)、高温度系数(3ppm/°C)、低滞回(20ppm)原边电压基准源以及卓越的临时晃动性 。这种精度以及晃动性至关紧张，它是所有后续电池电芯丈量的根基
，这些过错对于所获数据的可信度、算法不同性以及零星功能会发生积攒影响 
。

尽管高精度基准电压源是确保卓越功能的需要功能
 ，但光凭该功能还不够
。模数转换器架构及其操作必需适宜电噪声情景要求
，这是零星大电流/电压逆变器的脉宽调制(PWM)瞬态特色的服从。精确评估电池的荷电形态(SOC)以及瘦弱形态还需要相关的电压、电流以及温度丈量 。

为了在影响BMS功能以前减轻零星噪声，LTC6804转换器运用了一个Σ-Δ拓扑妄想 ，并在六个由用户抉择的滤波器选项帮手下处置噪声情景。经由每一次转换运用一再采样的本性特色，以及接管均值滤波功能，∑-Δ措施飞腾了电磁干扰(EMI)以及其余瞬态噪声的影响 。

□ 电池失调

在任何运用部署为电池组或者模块组的大型电池包的零星中，都不可防止地需要实现电池失调 。尽管大少数锂电池电芯在初次取患上时立室精采 ，但会随着老化损忘形量。差距电池电芯的老化历程出于多种因素可能各有差距
 ，如电池组温度梯度。而且 ，逾越SOC下限使命的电池电芯将过早老化，并损失格外容量。这些容量差距以及自放电以及负载电流的小差距都市导致电池不屈衡
。

为了处置电池不屈衡下场 ，LTC6804直接反对于自动式失调（运用用户可配置的计时器） 。自动式失调是在电池充电周期内尺度化所有电芯的SOC的重大、低老本措施。经由从较低容量的电芯中移除了电荷，自动式失调可确保这些较低容量的电芯不会偏激充电。LTC6804也可用于操作自动失调，这是一种更重大的失调技术，经由充电或者放电循环在电芯之间传输电荷。

不论是运用自动措施仍是自动措施，电池失调都依赖于高丈量精度 。随着丈量倾向越来越大 ，零星所建树的操作呵护品级也必需削减，因此失调功能的实用性将受到限度。此外 ，由于SOC规模进一步受到限度，对于这些倾向的锐敏度也削减了。LTC6804的总丈量倾向小于1.2mV，残缺适宜零星级要求 。

□ 衔接性/数据残缺性思考因素

电池组妄想的模块化削减了可扩展性 、效率能耐以及形态尺寸的锐敏性
。可是 ，这种模块化要求为电池组间的数据总线提供电气阻止（无电阻道路），因此任何一个电池组泛起倾向都不会影响零星的其余部份或者对于总线施加高电压 。此外，电池组之间的布线必需可能接受高水平的电磁干扰。

阻止式双绞线的数据总线是一种可能以松散且经济高效的方式实现这些目的的可行处置妄想。因此  ，LTC6804 提供一种称为iso-SPI的阻止式SPI互联，可将时钟、数据输入、数据输入以及芯片抉择信号编码为差分脉冲，而后经由安定耐用 、成熟坚贞的阻止元件变压器妨碍耦合（图5）。

图5.LTC6804反对于阻止式SPI接口 ，可经由菊花链方式衔接组成更大的阵列 ，从而实现坚贞的抗电磁干扰互联 
，尽管纵然飞腾布线要求，削减阻止器数目

总线上的器件可接管菊花链配置装备部署妨碍衔接，这大大削减了线束的尺寸 ，可实现大型高电压电池组模块化妄想，同时坚持高数据速率以及低EMI敏感度（图6）。

图6.LTC6804以及isoSPI接口上的测试服从展现，输入射频为200mA  ，isoSPI在20mA信号强度下运行时不泛起数据过错

为了验证抗扰度
，还对于LTC6804妨碍了BCI测试。搜罗将100mA的射频能量耦合到电池线束中，射频载波扫频规模为1MHz至400MHz，并对于载波妨碍1kHz调幅调制。LTC6804数字滤波器的妨碍频率设定为1.7kHz ，并削减了外部RC滤波器以及铁氧体扼流圈 。服从：在全部射频扫频规模内，电压读数倾向低于2mV
。

此外 ，还提供了一系列自我评估以及自测功能，以削减 LTC6804 对于BMS运用的适用性 。这些检测搜罗开路检测；ADC时钟的第二个外部基准源；多路复用器自测，致使尚有其外部电源电压的丈量 。该器件专为适宜ISO 26262以及IEC 61508尺度的零星而妄想。

论断

用于电网级零星的备用电源以及便携电源极具排汇力 。它看起来很重大：惟独让一组电池坚持充电（不论是从交流电网侧路线 ，仍是太阳能 、风能或者其余可再沉闷力），而后在需要时将电池与DC/AC逆变器配合运用
 ，就能提供与路线供电等效的交流电源
 。

事实上，电池的任何行动或者功能特色都不重大，需要留意操作充电以及放电 
，监控电压、电流以及温度。随着功率电平的后退
，适用 、高效且清静的零星并非一个小妄想 ，因此并网多电芯BMS是一个重大的零星。良多配合的下场需要深入清晰并加以处置，清静也是一个主要的下场
。

乐成可行的零星妄想需要模块化、妄想化、自上而下的架构 ，由LTC6804等优化组件自下而上提供反对于 。与先进 、清静的数据收集以及操作软件相散漫
，所构建的高功能BMS清静坚贞 ，惟独要很少的操作职员干涉 ，而且可能自动坚贞地晃动运行多年。

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