随着不可再生能源向可再生能源转变的加速，电池正在成为一种重要的储能设备。它们的用途涵盖从太阳能电池板和风力涡轮机收集能量到电动汽车 (EV) 中储存电力。
随着电池技术的不断发展，电池的功率和能量密度越来越高，提高电池管理系统的性能也同样重要。BMS（如图 1 中的框图所示）负责使电池组安全、可靠且经济高效，同时提供对其状态的准确估计。
典型 BMS 框图
图 1：典型 BMS 框图
一般来说，BMS 执行以下功能：
电池平衡：需要对各个电池组电池进行监控和平衡，以便在充电和放电周期期间重新分配电池之间的电荷。
温度监控：需要测量多个位置的单个电池温度和电池组温度，以确保安全运行和效率。
充电状态 (SoC) 和健康状态 (SoH) 估计：除了单个电池电压测量之外，整个电池组的电流和电压测量使 BMS 能够准确估计电池组的 SoC 和 SoH。准确的估计对于提高电池效率和安全性非常重要。在电动汽车中，电池组的 SoC 和 SoH 计算准确的行驶里程并决定电池组的充电和放电曲线。
隔离监控：此安全关键功能检查高压总线线路和底盘之间的电阻，以确保两者之间有足够的隔离。
接触器控制： BMS 算法控制预充电和安全接触器，检测电池组外部或内部的任何故障。
在本文中，我们将了解BMS 中 电池组电流测量和模数转换器的要求。
了解 BMS 电池组电流测量要求
如图 2 所示，电池组通常有两种工作模式：充电模式和放电模式。
BMS 中的操作模式
图 2：BMS 中的操作模式
充电模式下，充电电路对电池组进行充电；电流流入其 HV+
端子。
在放电模式下，电池组向外部负载供电。
例如，在电动汽车中，电池组为电动机提供动力，电动机将电能转换为机械能并驱动汽车。因此，在放电模式下，电流以与充电模式相反的方向从 HV+ 端子流出。
通常，BMS 在充电模式和放电模式下测量双向电池组电流。一种称为库仑计数的方法使用这些测量的电流来计算电池组的 SoC 和 SoH。充电和放电模式期间的电流大小可能相差一两个数量级。
例如，电动汽车的充电电流典型范围为 0 A 至 100 A，而放电电流峰值可达 2,000 A。
表 1 显示了 EV BMS 中双向电池组电流感应的典型精度要求。
表 1：电动汽车 BMS 中的电池组电流测量要求
EV BMS 中的电池组电流测量要求
另一方面，基于
分流器的电流测量是在如此宽的电流范围内实现精度水平的选择。闭环霍尔模块可能是一种替代方案，但与基于分流器的解决方案相比，它们非常昂贵。
基于低侧分流器的电流测量通常用于监测 BMS 中电池组的充电和放电电流。然而，基于分流器的测量的挑战之一是如何处理分流器上的热耗散。随着分流器技术的改进，分流器现在具有更小的电阻值，以限度地减少热耗散，并提供非常高的精度以及出色的过温和寿命漂移性能。
对于 EV BMS 电池组电流测量，分流器的范围为 25 ?Ω 至 100 ?Ω。
了解 BMS 中的 ADC 要求
要实现高精度、宽动态范围的基于分流器的电流测量，成熟的方法之一是使用高分辨率 Delta-Sigma (ΔΣ) ADC。
如图 3 所示，典型的实现涉及一个至少具有 24 位分辨率的 ΔΣ ADC，后接一个数字隔离器。
BMS 中基于分流器的电流测量
图 3： BMS 中基于分流器的电流测量
分流器通常放置在电池组的 HV– 端子上，ADC 测量以同一 HV– 端子为参考的分流电流。由于分流器的电阻值非常低，因此分流器两端的电压降非常小。因此，ADC 应能够以高精度和动态范围测量小的双向电压降。
表 2 列出了电流测量的 ADC 性能要求。
表 2：电动汽车 BMS 中的 ADC 要求
EV BMS 中的 ADC 要求
由于分流器会随温度漂移，设计人员通常会在分流器附近放置一个
热敏电阻，以测量分流器温度并补偿可能导致电流测量不准确的温度变化。除了测量电池组电流外，准确测量电池组电压对于准确估计 SoC 和 SoH 也很重要。对于此测量，电阻分压器网络会按比例降低 HV+ 端子处的高电压。
图 4 显示了使用 Texas Instruments (TI) ADS131B04-Q1（一款 24 位四通道同步采样 ΔΣ ADC）的典型 BMS 应用电路的技术实现。
在 BMS 中使用 ADS131B04-Q1
图 4：在 BMS 中使用 ADS131B04-Q1
HV– 端子用作 BMS 高压侧的接地参考。因此，ADS131B04-Q1 的 AGND 和 DGND 引脚以及分流器、热敏电阻和电阻分压器网络的低侧均连接到 HV– 端子。热敏电阻的一侧和电阻分压器网络底部电阻的一侧也连接到同一 HV– 端子。
凭借集成的低漂移基准、低噪声可编程增益放大器、特殊的全局斩波偏移消除功能以及测量双向电流所需的前端，ADS131B04-Q1 可以提供单芯片高性能选项措施：
电池组电流具有高分辨率和准确度，使用低侧电流分流电阻。
电池组电压，使用
高压电阻分压器。
分流温度，使用热敏电阻。
用于诊断目的的辅助测量，例如电源电压。
随着对电池存储能量的需求不断增加，对准确的电池组电流、电压和温度测量的需求变得更加重要。ADC 的低偏移和增益误差以及低噪声使 BMS 能够更有效地监视和控制电池组，从而提高系统安全性和可靠性。
