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两线式隔离数据总线是一种能以紧凑和具成本效益的方式实现上述目标的可行解决方案。因此,LTC6804提供了被称为isoSPI的隔离式SPI互连,其负责把用于时钟、数据输入、数据输出和芯片选择的信号编码为差分脉冲,然后通过一个变压器把这些差分脉冲耦合至一个坚固、可靠和确定已久的隔离组件(参见图 5)。
图5:LTC6804支持隔离式SPI接口,该接口可以“菊花链”方式连接,以组成较大的阵列,从而实现坚固、抗EMI的互连,同时还能够最大限度减少布线需求和隔离器数量。
该总线上的器件可以通过 “菊花链” 方式连接,这种连接方式可极大地减小线束尺寸,并实现大型、高压电池包的模块化设计,同时保持很高的数据传输速率和很低的EMI敏感性(参见图6)。
图6:对LTC6804和isoSPI接口的测试结果表明,在isoSPI以20mA信号强度工作时,尽管注入了200mA RF,但是仍然没产生数据误差。
为了展示抗噪声性能,凌力尔特对LTC6804进行了BCI测试。测试时使用1MHz至400MHz RF载波,且在载波上有1kHz AM调制,通过该载波将100mA RF能量耦合到连接电池的线束中。LTC6804数字滤波器的截止频率设定为1.7kHz,另外还增加了外部RC滤波器和铁氧扼流圈。测试结果为,在整个 RF频率范围内,电压读数误差低于2mV。
LTC6804提供一系列自评估和自测试功能,这使该器件更加适合BMS应用了。这些评估和测试功能包括断线检测、第二个内部ADC时钟基准、多工器自测试甚至内部电源电压测量。该器件为准备与ISO 26262和IEC 61508标准兼容的系统而设计。
结论
面向电网供电系统的备份和连续供电电源有很大的 “魅力”。这类电源似乎非常简单明了:给一个电池阵列充电(无论是用电网的 AC 电力线还是太阳能、风能或其他可再生能源),然后在需要时,用这些电池和DC/AC逆变器提供相当于电力线供电的AC电源。
现实情况是,这些电池的任何工作方式或性能特点都不“简单”,需要仔细控制对它们的充电,仔细控制对其电压、电流和温度的监视,以及仔细控制其放电。随着功率的提高,实用、高效和安全的系统设计绝不是微不足道的,因此连接电网的多节电池BMS也是非常复杂的系统。需要理解和解决很多独特问题,其中系统安全是主要问题。
成功和可行的系统设计需要一种由优化组件(例如:LTC6804)自下而上地提供支持模块化、结构化、自顶向下的架构。当与精细、安全的数据采集和控制软件相组合时,可造就高性能的可靠BMS,此类BMS几乎不需要操作人员的干预,并将以自主的方式运行,从而提供为期多年的可靠服务。
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