電池管理系統(tǒng) （BMS） IC 是一個(gè)相對(duì)復(fù)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(zhǔn)確、無(wú)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(shè)備中，BMS 都是最關(guān)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(qiáng)大，但高度敏感，如果處理不當(dāng)可能會(huì)帶來(lái)安全風(fēng)險(xiǎn)。保養(yǎng)不當(dāng)也會(huì)顯著縮短它們的使用壽命，導(dǎo)致容量減少，甚至使電池?zé)o法使用。BMS IC 是負(fù)責(zé)確保電池組運(yùn)行狀況、報(bào)告其狀態(tài)和保持最佳性能的關(guān)鍵元件 - 無(wú)論是獨(dú)立還是與系統(tǒng)處理器協(xié)作。 

四大關(guān)鍵功能

在 BMS IC 執(zhí)行的眾多任務(wù)中，這四項(xiàng)功能（排名不分先后）是最關(guān)鍵的，因?yàn)樗鼈儗?duì)于可靠高效的電池管理系統(tǒng)都至關(guān)重要：

1. 保護(hù)和安全

2. 平衡

3. 指控狀態(tài)確定和報(bào)告

4. 健康狀況評(píng)估

保護(hù)、安全和平衡：精確電壓測(cè)量的作用

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

鋰離子電池對(duì)特定電壓閾值高度敏感。超過(guò)最小或最高限制可能會(huì)損壞電池，而過(guò)度充電會(huì)帶來(lái)火災(zāi)或爆炸的重大風(fēng)險(xiǎn)。準(zhǔn)確的電壓測(cè)量對(duì)于維持這些限制至關(guān)重要，因?yàn)椴粶?zhǔn)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(cè)量精度直接相關(guān)。

使情況更加復(fù)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(duì)閾值進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，這使得精確的阻抗評(píng)估成為該過(guò)程的重要組成部分。這些挑戰(zhàn)還延伸到健康狀況 （SOH） 評(píng)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(píng)估每個(gè)單元中存儲(chǔ)的相對(duì)能量的能力。對(duì)于磷酸鐵鋰 （LFP） 等新興化學(xué)成分，平衡尤為重要，因?yàn)樗鼈兊拈_(kāi)路電壓曲線平坦，即使是很小的電壓差也會(huì)轉(zhuǎn)化為嚴(yán)重的能量不平衡。平衡不良會(huì)加劇問(wèn)題，導(dǎo)致電池組容量長(zhǎng)期退化。

為了有效平衡細(xì)胞，同時(shí)測(cè)量所有細(xì)胞是關(guān)鍵。通過(guò)同時(shí)測(cè)量所有電池，可以消除電流變化 - 這可能會(huì)使讀數(shù)失真。這種方法簡(jiǎn)化了平衡過(guò)程，并避免了對(duì)可能引入進(jìn)一步不準(zhǔn)確的復(fù)雜濾波器或算法的需求。 

同步測(cè)量

實(shí)現(xiàn)同步測(cè)量取決于每個(gè)電池單元都有一個(gè)專用的 ADC。但是，實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)傳統(tǒng)上會(huì)帶來(lái)重大挑戰(zhàn)：

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

• 嚴(yán)格的公差：確保多個(gè) ADC 的精度一致至關(guān)重要，因?yàn)樾阅茏兓瘯?huì)抵消同步測(cè)量的好處。

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

充電狀態(tài)：精度至關(guān)重要

準(zhǔn)確的 SOC 測(cè)定取決于精確的庫(kù)侖計(jì)數(shù)，即測(cè)量流入和流出電池的能量。如今，許多產(chǎn)品都依賴于“偽庫(kù)侖計(jì)數(shù)”，使用 16 位 Σ-Δ ADC 來(lái)測(cè)量電流，并嘗試隨時(shí)間推移進(jìn)行積分。然而，即使是這個(gè)過(guò)程中的小錯(cuò)誤也會(huì)在幾個(gè)周期內(nèi)累積，從而導(dǎo)致大量的不準(zhǔn)確。為了緩解這種情況，許多系統(tǒng)依賴于復(fù)雜的電池建模和護(hù)欄，這增加了成本和復(fù)雜性，但無(wú)法保證準(zhǔn)確性。

通過(guò)將行業(yè)首創(chuàng)的 22 位 ENOB 分辨率與獨(dú)特的平均方法相結(jié)合，Nova 的 PureAveraging 技術(shù)可以準(zhǔn)確測(cè)量庫(kù)侖，無(wú)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(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了非凡的 0.02% 的可重復(fù)性——比傳統(tǒng)方法高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)。值得注意的是，這種精度是在不依賴電池建?；蜃o(hù)欄的情況下實(shí)現(xiàn)的，如圖 2 所示。

圖 2.SOC 測(cè)量，Nova 與其他。

健康狀況：重要見(jiàn)解

最后，SOH 可能是所有 BMS 功能中最關(guān)鍵的，因?yàn)樗峁╇姵赝嘶蜐撛诠收系脑缙诰?。?zhǔn)確的 SOH 評(píng)估需要測(cè)量每個(gè)電池的阻抗和阻抗隨時(shí)間的變化。與平衡一樣，同時(shí)測(cè)量所有電池和電流對(duì)于精確分析至關(guān)重要。這確保了電壓偏移和電流變化之間的準(zhǔn)確關(guān)聯(lián)。同樣，每個(gè)電池的專用 ADC 和先進(jìn)的技術(shù)在這里表現(xiàn)出色，可提供最準(zhǔn)確和可靠的測(cè)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(zhǔn)確性、多功能性和功能。這些先進(jìn)的 IC 經(jīng)過(guò)獨(dú)特設(shè)計(jì)，既可以用作模擬前端 （AFE），也可以用作功能齊全的獨(dú)立 BMS 解決方案。

當(dāng)作為獨(dú)立系統(tǒng)使用時(shí)，NB1400 和 NB1600 不需要外部微控制器來(lái)執(zhí)行所有關(guān)鍵的 BMS 功能，包括保護(hù)、平衡、SOC 測(cè)定和 SOH 評(píng)估。這種獨(dú)立性簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，減少了組件數(shù)量，并增強(qiáng)了整體可靠性。當(dāng)然，可以以混合方式使用該設(shè)備，其中可以啟用或禁用各個(gè)功能以最適合系統(tǒng)。

NB1400 已經(jīng)在性能方面樹(shù)立了新的標(biāo)準(zhǔn)，而 NB1600 又在此基礎(chǔ)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(lǐng)先地位。 

NB1400 和 NB1600 的使用案例和優(yōu)勢(shì)

NB1400 和 NB1600 在各種應(yīng)用中表現(xiàn)出色，從消費(fèi)電子產(chǎn)品到工業(yè)系統(tǒng)、電動(dòng)汽車(chē)和可再生能源存儲(chǔ)。在 EV 電池組和某些工業(yè)應(yīng)用中，用戶經(jīng)常實(shí)現(xiàn)獨(dú)特的功能和算法，這些 IC 是精度最高、功能最強(qiáng)大的 AFE。

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

NB1400 和 NB1600 具有無(wú)與倫比的 SOH 和 SOC 評(píng)估功能，在準(zhǔn)確性和可靠性方面樹(shù)立了新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，確保每個(gè)應(yīng)用的最佳性能和安全性。 

新的 BMS 基準(zhǔn)測(cè)試

通過(guò)應(yīng)對(duì)精確電壓測(cè)量、精確 SOC 測(cè)定和可靠 SOH 評(píng)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(shè)定基準(zhǔn)。