隨著不可再生能源向可再生能源轉(zhuǎn)變的加速，電池正在成為一種重要的儲能設(shè)備。它們的用途涵蓋從太陽能電池板和風(fēng)力渦輪機收集能量到電動汽車 (EV) 中儲存電力。
　　隨著電池技術(shù)的不斷發(fā)展，電池的功率和能量密度越來越高，提高電池管理系統(tǒng)的性能也同樣重要。BMS（如圖 1 中的框圖所示）負責(zé)使電池組安全、可靠且經(jīng)濟高效，同時提供對其狀態(tài)的準確估計。

　　典型 BMS 框圖

　　圖 1：典型 BMS 框圖
　　一般來說，BMS 執(zhí)行以下功能：
　　電池平衡：需要對各個電池組電池進行監(jiān)控和平衡，以便在充電和放電周期期間重新分配電池之間的電荷。
　　溫度監(jiān)控：需要測量多個位置的單個電池溫度和電池組溫度，以確保安全運行和效率。
　　充電狀態(tài) (SoC) 和健康狀態(tài) (SoH) 估計：除了單個電池電壓測量之外，整個電池組的電流和電壓測量使 BMS 能夠準確估計電池組的 SoC 和 SoH。準確的估計對于提高電池效率和安全性非常重要。在電動汽車中，電池組的 SoC 和 SoH 計算準確的行駛里程并決定電池組的充電和放電曲線。
　　隔離監(jiān)控：此安全關(guān)鍵功能檢查高壓總線線路和底盤之間的電阻，以確保兩者之間有足夠的隔離。
　　接觸器控制： BMS 算法控制預(yù)充電和安全接觸器，檢測電池組外部或內(nèi)部的任何故障。
　　在本文中，我們將了解BMS 中 電池組電流測量和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的要求。
　　了解 BMS 電池組電流測量要求
　　如圖 2 所示，電池組通常有兩種工作模式：充電模式和放電模式。

　　BMS 中的操作模式

　　圖 2：BMS 中的操作模式
　　充電模式下，充電電路對電池組進行充電；電流流入其 HV+ 端子。
　　在放電模式下，電池組向外部負載供電。
　　例如，在電動汽車中，電池組為電動機提供動力，電動機將電能轉(zhuǎn)換為機械能并驅(qū)動汽車。因此，在放電模式下，電流以與充電模式相反的方向從 HV+ 端子流出。
　　通常，BMS 在充電模式和放電模式下測量雙向電池組電流。一種稱為庫侖計數(shù)的方法使用這些測量的電流來計算電池組的 SoC 和 SoH。充電和放電模式期間的電流大小可能相差一兩個數(shù)量級。
　　例如，電動汽車的充電電流典型范圍為 0 A 至 100 A，而放電電流峰值可達 2,000 A。

　　表 1 顯示了 EV BMS 中雙向電池組電流感應(yīng)的典型精度要求。

　　表 1：電動汽車 BMS 中的電池組電流測量要求
　　EV BMS 中的電池組電流測量要求
　　另一方面，基于分流器的電流測量是在如此寬的電流范圍內(nèi)實現(xiàn)精度水平的選擇。閉環(huán)霍爾模塊可能是一種替代方案，但與基于分流器的解決方案相比，它們非常昂貴。
　　基于低側(cè)分流器的電流測量通常用于監(jiān)測 BMS 中電池組的充電和放電電流。然而，基于分流器的測量的挑戰(zhàn)之一是如何處理分流器上的熱耗散。隨著分流器技術(shù)的改進，分流器現(xiàn)在具有更小的電阻值，以限度地減少熱耗散，并提供非常高的精度以及出色的過溫和壽命漂移性能。
　　對于 EV BMS 電池組電流測量，分流器的范圍為 25 ?Ω 至 100 ?Ω。
　　了解 BMS 中的 ADC 要求

　　要實現(xiàn)高精度、寬動態(tài)范圍的基于分流器的電流測量，成熟的方法之一是使用高分辨率 Delta-Sigma (ΔΣ) ADC。

　　如圖 3 所示，典型的實現(xiàn)涉及一個至少具有 24 位分辨率的 ΔΣ ADC，后接一個數(shù)字隔離器。
　　BMS 中基于分流器的電流測量
　　圖 3： BMS 中基于分流器的電流測量

　　分流器通常放置在電池組的 HV– 端子上，ADC 測量以同一 HV– 端子為參考的分流電流。由于分流器的電阻值非常低，因此分流器兩端的電壓降非常小。因此，ADC 應(yīng)能夠以高精度和動態(tài)范圍測量小的雙向電壓降。

　　表 2 列出了電流測量的 ADC 性能要求。
　　表 2：電動汽車 BMS 中的 ADC 要求
　　EV BMS 中的 ADC 要求
　　由于分流器會隨溫度漂移，設(shè)計人員通常會在分流器附近放置一個熱敏電阻，以測量分流器溫度并補償可能導(dǎo)致電流測量不準確的溫度變化。除了測量電池組電流外，準確測量電池組電壓對于準確估計 SoC 和 SoH 也很重要。對于此測量，電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)會按比例降低 HV+ 端子處的高電壓。

　　圖 4 顯示了使用 Texas Instruments (TI) ADS131B04-Q1（一款 24 位四通道同步采樣 ΔΣ ADC）的典型 BMS 應(yīng)用電路的技術(shù)實現(xiàn)。

　　在 BMS 中使用 ADS131B04-Q1
　　圖 4：在 BMS 中使用 ADS131B04-Q1
　　HV– 端子用作 BMS 高壓側(cè)的接地參考。因此，ADS131B04-Q1 的 AGND 和 DGND 引腳以及分流器、熱敏電阻和電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)的低側(cè)均連接到 HV– 端子。熱敏電阻的一側(cè)和電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)底部電阻的一側(cè)也連接到同一 HV– 端子。
　　憑借集成的低漂移基準、低噪聲可編程增益放大器、特殊的全局斬波偏移消除功能以及測量雙向電流所需的前端，ADS131B04-Q1 可以提供單芯片高性能選項措施：
　　電池組電流具有高分辨率和準確度，使用低側(cè)電流分流電阻。
　　電池組電壓，使用高壓電阻分壓器。
　　分流溫度，使用熱敏電阻。
　　用于診斷目的的輔助測量，例如電源電壓。
　　隨著對電池存儲能量的需求不斷增加，對準確的電池組電流、電壓和溫度測量的需求變得更加重要。ADC 的低偏移和增益誤差以及低噪聲使 BMS 能夠更有效地監(jiān)視和控制電池組，從而提高系統(tǒng)安全性和可靠性。