電池的好管家-電源管理系統(tǒng)

電池管理系統(tǒng)，分為儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)和動(dòng)力電池管理系統(tǒng)，前者用于電力網(wǎng)絡(luò)、UPS 等電池的管理，后者則常用于新能源汽車和機(jī)器人系統(tǒng)中的電池管理。

電化學(xué)反應(yīng)的難以控制和材料在這個(gè)過(guò)程中性能變化的難以捉摸，因?yàn)檫^(guò)熱、過(guò)充、短路等原因造成的電池爆炸事故也屢見(jiàn)不鮮，所以才需要這么一個(gè)管家來(lái)時(shí)刻監(jiān)督、調(diào)整、限制電池組的行為，以保障使用安全。其主要功能為：

1. 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池狀態(tài)。通過(guò)檢測(cè)電池的外特性參數(shù)（如電壓、電流、溫度等），采用適當(dāng)?shù)乃惴?，?shí)現(xiàn)電池內(nèi)部狀態(tài)（如容量和 SOC 等）的估算和監(jiān)控，這是電池管理系統(tǒng)有效運(yùn)行的基礎(chǔ)和關(guān)鍵；

2. 在正確獲取電池的狀態(tài)后進(jìn)行熱管理、電池均衡管理、充放電管理、故障報(bào)警等；

3. 建立通信總線，與顯示系統(tǒng)、整車控制器和充電機(jī)等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

電池管理系統(tǒng)（BMS）主要分為兩部分，第一部分是前端模擬測(cè)量保護(hù)電路（AFE），包括電池電壓轉(zhuǎn)換與量測(cè)電路、電池平衡驅(qū)動(dòng)電路、開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路、電流量測(cè)、通訊電路；第二部分是后端數(shù)據(jù)處理模塊，就是依據(jù)電壓、電流、溫度等前端計(jì)算，并將必要的信息通過(guò)通信接口回傳給系統(tǒng)做出控制。

各種詳細(xì)功能描述如下：

單體保護(hù)

保護(hù)電池的離開(kāi)超過(guò)限度的操作條件是所有 BMS 設(shè)計(jì)程序的基礎(chǔ)。在實(shí)踐中，BMS 必須提供完整的，并幾乎可以覆蓋任何可能性的電池單體保護(hù)。對(duì)于高電壓和高功率的汽車電池來(lái)說(shuō)，尤其如此，它們必須在惡劣的環(huán)境中工作，同時(shí)也會(huì)面臨用戶的胡亂使用。

費(fèi)用控制

這是 BMS 的一個(gè)基本特征。電池充電不當(dāng)造成的損壞比其他任何原因造成的損失都多

需求管理

不是與電池本身的操作直接相關(guān)的，而是指使用電池的應(yīng)用程序。它的目標(biāo)是通過(guò)在應(yīng)用電路中設(shè)計(jì)節(jié)電技術(shù)，從而延長(zhǎng)電池充電的時(shí)間，從而最大限度地減少電池的電流消耗。

SOC 的測(cè)定

許多應(yīng)用程序需要了解電池的電荷狀態(tài)（SOC）或電池鏈中的單個(gè)電池的狀態(tài)。這可能只是為了向用戶提供電池容量的指示，或者在控制電路中需要它來(lái)確保充電過(guò)程的最佳控制。

SOH 的測(cè)定

健康狀況（SOH）是衡量電池能否提供其指定產(chǎn)出的能力。 這對(duì)評(píng)估應(yīng)急電力設(shè)備的準(zhǔn)備情況至關(guān)重要，并且是維護(hù)行動(dòng)是否需要的指標(biāo)。

電池均衡

在多單體電池連接而成的電池組中，由于生產(chǎn)工藝或操作條件之間的差異造成的，且往往與每個(gè)充電 / 放電循環(huán)而變大。在充電過(guò)程中，較弱的電池會(huì)因?yàn)檫^(guò)放時(shí)，會(huì)導(dǎo)致該電池變得更弱，直到電池最終失效。電池均衡是通過(guò)均衡單體電池的電壓讓每個(gè)單體電池電壓一致的一種方法，從而延遲電池的使用壽命。

歷史記錄（日志函數(shù)）

監(jiān)控和存儲(chǔ)電池的歷史是 BMS 的另一個(gè)可能的功能。這是必要的，以估計(jì)電池的健康狀況，但也要確定是否受到濫用。諸如循環(huán)次數(shù)、最大和最小電壓、溫度和最大充放電電流等參數(shù)可以記錄下來(lái)進(jìn)行后續(xù)評(píng)估。這也是對(duì)是否在保修期內(nèi)需要索賠的重要記錄。

身份驗(yàn)證和識(shí)別

BMS 還允許記錄電池的信息，例如制造商的型號(hào)名稱和電池的類型，這有助于自動(dòng)測(cè)試和批次或序列號(hào)和制造日期，以便在電池故障時(shí)啟用可追溯性。

通信

大多數(shù) BMS 系統(tǒng)包含某種形式的電池和充電器或測(cè)試設(shè)備之間的通信。有些鏈接到其他系統(tǒng)與電池監(jiān)測(cè)其條件或歷史。通信接口也需要允許用戶訪問(wèn)修改 BMS 的電池控制參數(shù)或診斷和測(cè)試。

隨著電池的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，電池管理系統(tǒng)變得愈發(fā)重要，未來(lái)電池管理系統(tǒng)有如下趨勢(shì)：

首先是高精度。最近隨著業(yè)界對(duì)電池電量計(jì)算的精度要求不斷提高，越來(lái)越優(yōu)異的電池工藝技術(shù)的出現(xiàn)，結(jié)果使得電池充放電曲線更加平坦，所以電池管理芯片需要擁有更高的測(cè)量精度，即在各種環(huán)境和情況下的一致性高精度，包括對(duì)電壓，電流，溫度等參數(shù)的精確測(cè)量。

其次是高可靠性。由于鋰電池的失效特性，電池管理系統(tǒng)的可靠性和安全性至關(guān)重要。國(guó)內(nèi)廠商開(kāi)始關(guān)注系統(tǒng)級(jí)的安全性設(shè)計(jì)，以及 ISO26262 標(biāo)準(zhǔn)的引入。在電池管理芯片領(lǐng)域，主流半導(dǎo)體廠商均在芯片中集成了越來(lái)越完備的故障報(bào)錯(cuò)機(jī)制、數(shù)據(jù)校驗(yàn)機(jī)制、以及冗余監(jiān)控機(jī)制，以幫助客戶實(shí)現(xiàn)更高等級(jí)的系統(tǒng)級(jí)安全，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性和魯棒性。

最后一點(diǎn)，也是用戶最為關(guān)心的，即合適的系統(tǒng)成本。隨著補(bǔ)貼政策的挑戰(zhàn)，為了使得終端銷售價(jià)格比較合理，需要各級(jí)供應(yīng)商一起配合來(lái)降低成本。

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