打破 BMS IC 的復雜性

電池管理系統 （BMS） IC 是一個(gè)相對復雜的系統。與大多數電源管理 IC 不同，它集成了許多相互依賴(lài)的功能，這些功能必須準確、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大，但高度敏感，如果處理不當可能會(huì )帶來(lái)安全風(fēng)險。保養不當也會(huì )顯著(zhù)縮短它們的使用壽命，導致容量減少，甚至使電池無(wú)法使用。BMS IC 是負責確保電池組運行狀況、報告其狀態(tài)和保持最佳性能的關(guān)鍵元件 - 無(wú)論是獨立還是與系統處理器協(xié)作。 

四大關(guān)鍵功能

在 BMS IC 執行的眾多任務(wù)中，這四項功能（排名不分先后）是最關(guān)鍵的，因為它們對于可靠高效的電池管理系統都至關(guān)重要：

1. 保護和安全

2. 平衡

3. 指控狀態(tài)確定和報告

4. 健康狀況評估

保護、安全和平衡：精確電壓測量的作用

保護、安全和平衡在很大程度上取決于精確的電池電壓測量。在其眾多任務(wù)中，精確測量電池電壓的能力是 BMS IC 最具挑戰性的任務(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)火災或爆炸的重大風(fēng)險。準確的電壓測量對于維持這些限制至關(guān)重要，因為不準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量精度直接相關(guān)。

使情況更加復雜的是，電池電壓受電池阻抗和電流的影響。這種可變性需要對閾值進(jìn)行動(dòng)態(tài)調整，這使得精確的阻抗評估成為該過(guò)程的重要組成部分。這些挑戰還延伸到健康狀況 （SOH） 評估，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，還需要評估每個(gè)單元中存儲的相對能量的能力。對于磷酸鐵鋰 （LFP） 等新興化學(xué)成分，平衡尤為重要，因為它們的開(kāi)路電壓曲線(xiàn)平坦，即使是很小的電壓差也會(huì )轉化為嚴重的能量不平衡。平衡不良會(huì )加劇問(wèn)題，導致電池組容量長(cháng)期退化。

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

同步測量

實(shí)現同步測量取決于每個(gè)電池單元都有一個(gè)專(zhuān)用的 ADC。但是，實(shí)現這一點(diǎn)傳統上會(huì )帶來(lái)重大挑戰：

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

• 嚴格的公差：確保多個(gè) ADC 的精度一致至關(guān)重要，因為性能變化會(huì )抵消同步測量的好處。

 Novan Semiconductor 獲得專(zhuān)利的數字輔助模擬 （DAA） 技術(shù)取得了重大突破：將整個(gè)工作范圍內的測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)濟性，使每個(gè)單元的專(zhuān)用 ADC 可行，并消除了定時(shí)多路復用測量引起的大量誤差，無(wú)需校準。 

充電狀態(tài)：精度至關(guān)重要

準確的 SOC 測定取決于精確的庫侖計數，即測量流入和流出電池的能量。如今，許多產(chǎn)品都依賴(lài)于“偽庫侖計數”，使用 16 位 Σ-Δ ADC 來(lái)測量電流，并嘗試隨時(shí)間推移進(jìn)行積分。然而，即使是這個(gè)過(guò)程中的小錯誤也會(huì )在幾個(gè)周期內累積，從而導致大量的不準確。為了緩解這種情況，許多系統依賴(lài)于復雜的電池建模和護欄，這增加了成本和復雜性，但無(wú)法保證準確性。

通過(guò)將行業(yè)首創(chuàng )的 22 位 ENOB 分辨率與獨特的平均方法相結合，Nova 的 PureAveraging 技術(shù)可以準確測量庫侖，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動(dòng)，實(shí)現了非凡的 0.02% 的可重復性——比傳統方法高出幾個(gè)數量級。值得注意的是，這種精度是在不依賴(lài)電池建?；蜃o欄的情況下實(shí)現的，如圖 2 所示。

圖 2.SOC 測量，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，因為它提供電池退化和潛在故障的早期警告。準確的 SOH 評估需要測量每個(gè)電池的阻抗和阻抗隨時(shí)間的變化。與平衡一樣，同時(shí)測量所有電池和電流對于精確分析至關(guān)重要。這確保了電壓偏移和電流變化之間的準確關(guān)聯(lián)。同樣，每個(gè)電池的專(zhuān)用 ADC 和先進(jìn)的技術(shù)在這里表現出色，可提供最準確和可靠的測量。 

NB1400 和 NB1600：多功能、功能齊全的 BMS 解決方案

Nova 現有的 NB1400 已提供樣品，即將推出（2025 年第一季度）的 NB1600 是 14 節和 16 節電池的 BMS 器件，重新定義了準確性、多功能性和功能。這些先進(jìn)的 IC 經(jīng)過(guò)獨特設計，既可以用作模擬前端 （AFE），也可以用作功能齊全的獨立 BMS 解決方案。

當作為獨立系統使用時(shí)，NB1400 和 NB1600 不需要外部微控制器來(lái)執行所有關(guān)鍵的 BMS 功能，包括保護、平衡、SOC 測定和 SOH 評估。這種獨立性簡(jiǎn)化了系統設計，減少了組件數量，并增強了整體可靠性。當然，可以以混合方式使用該設備，其中可以啟用或禁用各個(gè)功能以最適合系統。

NB1400 已經(jīng)在性能方面樹(shù)立了新的標準，而 NB1600 又在此基礎上增加了額外的功能，Nova 繼續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

NB1400 和 NB1600 在各種應用中表現出色，從消費電子產(chǎn)品到工業(yè)系統、電動(dòng)汽車(chē)和可再生能源存儲。在 EV 電池組和某些工業(yè)應用中，用戶(hù)經(jīng)常實(shí)現獨特的功能和算法，這些 IC 是精度最高、功能最強大的 AFE。

 這兩款器件都針對磷酸鐵鋰 （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(xiàn)，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 評估功能，在準確性和可靠性方面樹(shù)立了新的行業(yè)標準，確保每個(gè)應用的最佳性能和安全性。 

新的 BMS 基準測試

通過(guò)應對精確電壓測量、精確 SOC 測定和可靠 SOH 評估的挑戰，Nova 正在為電池管理系統的安全性、可靠性和性能設定基準。