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电池技术
环境污染和能源紧缺使得新能源大力发展,为了合理高效利用新能源发电,电池储能得到应用。电池管理系统(BMS)是储能电池应用的保障,监控电池电压,估算电池荷电状态,给出电池运行时间建议等。
早期的BMS主要由分散元件组成,功能比较单一,主要完成整组电池电压和电流的监测,监测精度不高,完成整组电池的过压过流保护等功能[1]。电路较复杂,扩展性差,不能应用于大规模储能系统。文章以LTC6804为核心,设计具有均衡、电池状态监测和故障报警功能的储能电池BMS。
LTC6804是凌特公司的第三代多节电池监测芯片,可同时在线测量12节串联连接的电池组(也可测量低于12节电池的串联连接电池组,串联电池电压总和大于11V),单节电池最高电压为8V,串联电压最高为75V,测量最大误差为1.5mV,所有电池可在290微秒内测完。
LTC6804具有isoSPI通信接口,多个LTC6804可以通过isoSPI串联通信,连接到控制芯片。也可以对每个LTC6804单独寻址,采用并联方式管理多个LTC6804。采用双绞线通信时,通信距离达百米。
LTC6804内部集成均衡电路,直接控制外部开关管对电池进行放电操作。具有5个通用数字输入输出接口,可以作为传感器的输入端,也可以配置为通信接口。睡眠状态时,LTC6804仅消耗4uA电流。
LTC6804内部集成具有频率可编程三阶噪声滤波器的16位增量累加型ADC,用于测量电池电压。此外,LTC6804内部还集成辅助ADC,通用输入输出引脚可配置为辅助ADC的输入引脚。将热敏电阻输出的电压量输入到ADC端口,可以完成温度测量。将霍尔电流传感器的输入接入ADC端口,可以完成电池组电流的测量。
LTC6804外围电路主要包括电源电路,ADC基准电路,通信电路,通用输入输出电路,看门狗电路和电压测量电路等,硬件结构图如图1所示。LTC6804电源取自电池组两端,避免了单独供电电源的设计。
当电池不均衡时,需要根据电池电压进行充电或者放电。充电电源由电池组提供,电池组隔离后变为电流源,对电压低的电池进行充电。电压高的电池采用放电进行均衡处理,用LTC6804集成的放电控制功能。为了增大放电电流,外部增加放电MOSFET,采用恩智浦公司的低电压等级MOSFET,在栅极和源极电压等级较低的情况下也可实现放电功能,如图2所示。
LTC6804的操作分为两个独立部分,内核操作和isoSPI操作。内核状态包含休眠状态、待机状态、参考电压启动状态和测量状态,其转换过程如图3所示。isoSPI包含空闲状态、准备状态和激活状态,其转换过程如图4所示。
应用LTC6804设计BMS,可以简化设计过程,缩短设计周期,增加BMS功能。文章基于LTC6804的BMS应用于储能系统,得到了很好的电压采集结果,运行稳定,符合设计要求。
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