多單元前端可延長電池壽命和安全性

電池管理系統(tǒng) (BMS)在儲能和移動應用中發(fā)揮著至關重要的作用，可確保電池的安全性并延長其使用壽命。在構成 BMS 的不同部分中，電池前端是最關鍵的部分之一，因為它必須定期掃描電池狀態(tài)和運行環(huán)境，優(yōu)化電池壽命并防止災難性故障。隨著鋰離子電池的電壓和電池單元數(shù)量的增加，該組件變得越來越重要。典型的 BFE 負責多項關鍵功能，包括準確監(jiān)控、電池平衡和廣泛的系統(tǒng)診斷功能。

瑞薩電子 RAA489204

瑞薩可以依賴一個相當大的電池管理集團，由于收購了一些在汽車領域運營的公司，該集團得到了加強和擴大。去年 11 月，瑞薩發(fā)布了 BMS 模擬前端，他們稱之為堆疊電池前端。這個模擬部分基本上是一個鋰離子電池管理器 IC，可監(jiān)控多達 14 個串聯(lián)連接的電池。RAA489204 提供電池管理系統(tǒng)所需的所有功能，例如準確的電池電壓和溫度監(jiān)控、電池平衡和廣泛的系統(tǒng)診斷。

該設備的一個相關特性是其集成的通信通道，這使得它能夠與電池組進行上下通信，只需簡單的過濾和隔離，并且在電池組的每一層都不需要控制器或單獨的通信芯片。典型配置包括一個通過 SPI 端口與主機微控制器通信的主 RAA489204，以及多達 29 個額外的 RAA489204 設備，這些設備通過強大的專有兩線菊花鏈連接在一起。在這種情況下，可以管理的單元總數(shù)等于 420。該通信系統(tǒng)非常靈活，可以通過電容器隔離、變壓器隔離或兩者的組合來實現(xiàn)。

堆疊式電池具有與電動汽車相同的格式，而且它們需要高壓電池。該設備的目標電池管理系統(tǒng) （BMS）在儲能和移動應用中發(fā)揮著至關重要的作用，可確保電池的安全性并延長其使用壽命。在構成 BMS 的不同部分中，電池前端是最關鍵的部分之一，因為它必須定期掃描電池狀態(tài)和運行環(huán)境，優(yōu)化電池壽命并防止災難性故障。隨著鋰離子電池的電壓和電池單元數(shù)量的增加，該組件變得越來越重要。典型的 BFE 負責多項關鍵功能，包括準確監(jiān)控、電池平衡和廣泛的系統(tǒng)診斷功能。

瑞薩電子 RAA489204

瑞薩可以依賴一個相當大的電池管理集團，由于收購了一些在汽車領域運營的公司，該集團得到了加強和擴大。去年 11 月，瑞薩發(fā)布了 BMS 模擬前端，他們稱之為堆疊電池前端。這個模擬部分基本上是一個鋰離子電池管理器 IC，可監(jiān)控多達 14 個串聯(lián)連接的電池。RAA489204 提供電池管理系統(tǒng)所需的所有功能，例如準確的電池電壓和溫度監(jiān)控、電池平衡和廣泛的系統(tǒng)診斷。

該設備的一個相關特性是其集成的通信通道，這使得它能夠與電池組進行上下通信，只需簡單的過濾和隔離，并且在電池組的每一層都不需要控制器或單獨的通信芯片。典型配置包括一個通過 SPI 端口與主機微控制器通信的主 RAA489204，以及多達 29 個額外的 RAA489204 設備，這些設備通過強大的專有兩線菊花鏈連接在一起。在這種情況下，可以管理的單元總數(shù)等于 420。該通信系統(tǒng)非常靈活，可以通過電容器隔離、變壓器隔離或兩者的組合來實現(xiàn)。

堆疊式電池具有與電動汽車相同的格式，而且它們需要高壓電池。該設備的目標應用包括能源和存儲應用，例如 UPS、基于電池的發(fā)電機、電動汽車、電動自行車和儲能系統(tǒng)。這使瑞薩電子能夠簡化儲能測試過程，因為該設備不需要滿足完整的汽車認證要求。

“我們從過去的經(jīng)驗中學到的一件事是，這些設備的固件非常復雜。編寫固件來管理一堆模擬部件上下的通信并不是一件容易的事”，瑞薩電子的發(fā)言人說。

因此，瑞薩公司采取了多項設計措施來簡化新零件。例如，許多保護功能都是在設備內(nèi)實現(xiàn)的，而不必與控制器通信。這使得RAA489204能夠獨立應對某些故障條件，例如開路。此外，簡化了通信協(xié)議，并提供了高安全特性。圖1顯示了設備框圖。它能夠在不到10ms的時間內(nèi)對112個電池進行測量和讀取所有電壓、溫度和診斷。

Figure 1： RAA489204 block diagram

如前所述，該設備背后的技術（主要針對儲能應用）與汽車市場中使用的技術基本相同。最大的區(qū)別只是在制造和安全要求方面。汽車在制造過程中有特定的要求，這會增加零件的成本。

“從汽車到儲能，這項技術相當便攜。我們能夠放棄的東西很少，而且我們不必徹底測試零件，就可以轉(zhuǎn)移到儲能。這樣可以節(jié)省一點成本，但在其他方面，所有這些應用的電路基本相同，”瑞薩的發(fā)言人說。

為了簡化固件的編寫過程，瑞薩增加了電池組中位置的自動傳感，因此，對于每個數(shù)據(jù)包，微控制器都知道信息來自電池組中的哪里。通信信道本身變得更加健壯，因此沒有受到噪聲影響的大挑戰(zhàn)。由于較新的協(xié)議具有更強的抗噪聲能力，因此可以在每個電池組之間使用更長的通信路徑，而不會有太多的過程中發(fā)生混亂的風險。

圖 2 顯示了典型的應用圖。它包括一個作為獨立或主設備的設備（取決于監(jiān)控所有電池單元所需的 IC 數(shù)量），以及一個或多個設備（最多 30 個）通過堅固的兩線菊花鏈連接通信系統(tǒng)使用電容器或變壓器耦合在高達 1Mbps。

圖2：RAA489204應用圖

“多年來，人們一直在抱怨的一件事是靜態(tài)電流。因此，我們已經(jīng)大大降低了靜態(tài)電流，同時提高了 ADC 的精度和功能安全能力”，瑞薩電子的發(fā)言人說。

任何事情都與消費者打交道，在故障檢測和確保測量單元的準確性方面涉及許多要求。為了滿足一些功能安全要求，可能需要有一種兩級保護。在這種配置中，一次電池管理設備將是檢測和糾正故障的主要來源，而第二層故障保護提供了功能安全的基本標準要求。

新設備具有高集成度，包括電壓和溫度檢測以及高安全性通信協(xié)議。這種設備的一個相關特征是鋰離子電池平衡。當電池被充電和放電時，每個電池收集和釋放電荷的能力的差異會導致電池具有不同的充電狀態(tài)。問題是鋰離子電池有一個不應該充電的最大電壓，以及一個不應該放電的最小電壓。最壞的情況發(fā)生在電池組中的一個電池處于最大電壓，而另一個電池處于最小電壓時，導致電池組無法正常充電或放電。RAA489204 提供內(nèi)部和外部平衡，

審核編輯：郭婷應用包括能源和存儲應用，例如 UPS、基于電池的發(fā)電機、電動汽車、電動自行車和儲能系統(tǒng)。這使瑞薩電子能夠簡化儲能測試過程，因為該設備不需要滿足完整的汽車認證要求。

“我們從過去的經(jīng)驗中學到的一件事是，這些設備的固件非常復雜。編寫固件來管理一堆模擬部件上下的通信并不是一件容易的事”，瑞薩電子的發(fā)言人說。

因此，瑞薩公司采取了多項設計措施來簡化新零件。例如，許多保護功能都是在設備內(nèi)實現(xiàn)的，而不必與控制器通信。這使得RAA489204能夠獨立應對某些故障條件，例如開路。此外，簡化了通信協(xié)議，并提供了高安全特性。圖1顯示了設備框圖。它能夠在不到10ms的時間內(nèi)對112個電池進行測量和讀取所有電壓、溫度和診斷。

Figure 1: RAA489204 block diagram

如前所述，該設備背后的技術（主要針對儲能應用）與汽車市場中使用的技術基本相同。最大的區(qū)別只是在制造和安全要求方面。汽車在制造過程中有特定的要求，這會增加零件的成本。

“從汽車到儲能，這項技術相當便攜。我們能夠放棄的東西很少，而且我們不必徹底測試零件，就可以轉(zhuǎn)移到儲能。這樣可以節(jié)省一點成本，但在其他方面，所有這些應用的電路基本相同，”瑞薩的發(fā)言人說。

為了簡化固件的編寫過程，瑞薩增加了電池組中位置的自動傳感，因此，對于每個數(shù)據(jù)包，微控制器都知道信息來自電池組中的哪里。通信信道本身變得更加健壯，因此沒有受到噪聲影響的大挑戰(zhàn)。由于較新的協(xié)議具有更強的抗噪聲能力，因此可以在每個電池組之間使用更長的通信路徑，而不會有太多的過程中發(fā)生混亂的風險。

圖 2 顯示了典型的應用圖。它包括一個作為獨立或主設備的設備（取決于監(jiān)控所有電池單元所需的 IC 數(shù)量），以及一個或多個設備（最多 30 個）通過堅固的兩線菊花鏈連接通信系統(tǒng)使用電容器或變壓器耦合在高達 1Mbps。

圖2：RAA489204應用圖

“多年來，人們一直在抱怨的一件事是靜態(tài)電流。因此，我們已經(jīng)大大降低了靜態(tài)電流，同時提高了 ADC 的精度和功能安全能力”，瑞薩電子的發(fā)言人說。

任何事情都與消費者打交道，在故障檢測和確保測量單元的準確性方面涉及許多要求。為了滿足一些功能安全要求，可能需要有一種兩級保護。在這種配置中，一次電池管理設備將是檢測和糾正故障的主要來源，而第二層故障保護提供了功能安全的基本標準要求。

新設備具有高集成度，包括電壓和溫度檢測以及高安全性通信協(xié)議。這種設備的一個相關特征是鋰離子電池平衡。當電池被充電和放電時，每個電池收集和釋放電荷的能力的差異會導致電池具有不同的充電狀態(tài)。問題是鋰離子電池有一個不應該充電的最大電壓，以及一個不應該放電的最小電壓。最壞的情況發(fā)生在電池組中的一個電池處于最大電壓，而另一個電池處于最小電壓時，導致電池組無法正常充電或放電。RAA489204 提供內(nèi)部和外部平衡，

審核編輯：郭婷