- 揭开电池管理系统的神秘面纱，零距离探究系统架构

监测电池组中每个单电池的电压对确定电池组的整体健康状况是必不可少的。所有单电池都有一个工作电压窗口，充电/放电应当在此期间进行，以确保正常工作和电池寿命。如果一个应用使用的是锂离子化学电池，则典型工作电压范围为2.5V - 4.2V。电压范围取决于化学过程。使电池工作电压超出电压范围会显著缩短单电池的寿命，并可能使得该单电池失效。

单电池通过串联或并联方式形成电池组。并联会增加电池组的电流，串联会增加总电压。单电池的性能遵循下面的分布：当时间等于零时，电池组中单电池的充电和放电速度相同。由于每个单电池都是交替进行充放电，所以每个单电池的充电和放电速度存在差异，这会导致在电池组上的扩散性分布。确定电池组是否已充电的简单方法是，按照设定电压水平监视每个单电池的电压。第一个达到该电压限值的单电池电压会使电池组充电限值脱扣。电池组包含弱于平均值的单电池会导致最弱单电池首先达到限值，从而阻碍其余单电池充满电。如前所述，充电方案不能使电池组每次充电的ON时间达到最大化。充电方案会因为需要更多充电和放电循环而缩短电池组的寿命。较弱的单电池放电速度较快。这种情况也会出现在放电周期。较弱的单电池会首先达到过放电门限值关断，使得其余单电池仍有剩余电荷。

图 SEQ Figure * ARABIC 3：此图显示了不同类型的单电池平衡：(a)使用旁路单电池平衡FET来减慢单电池在充电周期的充电速度。(b)在放电周期内使用主动平衡从强单电池“偷取”电荷并将该电荷给予弱单电池。

改善电池组每次充电的ON时间有两种方法。第一种方法是在充电周期内减慢对最弱单电池的充电速度。具体做法是将一个旁路FET与单电池上的电流限制电阻器相连接，参见图3(a)。这会从具有最高电流的单电池分流电流，使得该单电池充电速度下降，相对地提高其他单电池的充电速度。最终目的是使电池组的蓄电量达到最大化。这是通过使所有单电池同时达到满充门限值来实现的。

采用电荷移动方案可使电池组在放电周期实现平衡，具体做法是通过电感耦合或电容性储存从强的电池取得能量，并将储存的电能注入最弱的单电池。这会减慢最弱单电池达到放电门限值的速度。该过程称为主动平衡，参见图3(b)。

温度监测

现在的电池可输出大电流并保持恒定电压。这会导致失控（runaway）情况的出现，引起电池着火。用于制造电池的化学物质是高度不稳定的。用某些东西刺穿电池会使电池着火。温度测量不只出于安全考虑，还可用于确定温度是否适合电池充电或放电。

温度传感器负责监测能量储存系统（ESS）应用中的每个单电池，或者更小、更便携的应用中的一组单电池的温度。通常使用由内部ADC电压基准供电的热敏电阻来监测每个电路的温度。内部电压基准用于降低温度读数相对环境温度变化的不准确性。

状态机或算法

大多数BMS系统都需要使用微控制器或FPGA来管理来自感测电路的信息，然后用收到的信息做出决定。有少数产品（如ISL94203）包含相关算法，具有一定的可编程性，以数字方式支持实现采用单芯片的独立解决方案。独立解决方案还能很好地与微控制器配合使用，因为独立解决方案的状态机可用于释放MCU时钟周期和内存空间。

其他BMS构块

其他BMS功能块包括电池认证、实时时钟、内存和菊链。实时时钟和内存用于黑箱应用。实时时钟用作时戳，内存用于存储数据。这可以让用户知道电池组在灾难事件前的行为。电池认证功能块用于防止BMS电子系统连接至第三方电池组。电压基准/稳压器用于为BMS系统的外围电路供电。最后，菊链电路用于简化不同器件之间的连接。菊链功能块可消除了对光耦或其他电平位移电路的需要。

结束语

电池管理系统架构可使用许多功能块和设计技术。认真考虑电池要求和电池寿命目标有助于确定合适的架构、功能块和相关集成电路，进而创建电池管理系统和充电方案，以优化电池寿命。

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