電池市場正在加熱。雖然電動汽車(EV)只是故事的一部分，并且對電力儲存以及電動卡車和飛機的興趣越來越大，但它們是重要的部分，也是一個很好的例子，說明了電池管理系統(tǒng)(BMS)如此必要。

電池管理系統(tǒng)是復(fù)雜的，并且監(jiān)督標準和紀律，例如熱輸入，電氣，液壓和控制，以確保電池對性能進行優(yōu)化，安全運行，壽命很長，等等。在討論BMS工作原理的基本原理時，請繼續(xù)閱讀，BMS，系統(tǒng)類型和不斷變化的設(shè)計注意事項的重要性。

什么是電池管理系統(tǒng)

電池管理系統(tǒng)或BMS是用于監(jiān)督電池組的硬件和軟件技術(shù)的集合，該電池組合本身就是組合成模塊中的單元組組件，并將電氣組織成行和列矩陣配置。使電池管理如此具有挑戰(zhàn)性的是，電池組可以包含數(shù)百至數(shù)千個電池。這些單元需要在預(yù)期的負載方案和環(huán)境條件下在預(yù)定

圖1相鄰單元格之間的不匹配通常會在嘗試充電堆棧時會產(chǎn)生問題。

為了確保電池在這些不同的情況下可以運行，BMS將監(jiān)視電池以檢測到何時發(fā)生變化，在惡劣環(huán)境中為電池提供保護，估算電池的運行狀態(tài)，在變化條件下優(yōu)化電池的性能，向其他相關(guān)設(shè)備報告電池的操作狀態(tài)，并與外界通信。最后，它可以記錄事件數(shù)據(jù)，以便在將來的迭代中改善電池行為，性能和安全性。

例如，考慮電動汽車中的電池。在車輛撞到道路之前，它已放在許多不同的環(huán)境中，需要啟動和運作。車輛可能被驅(qū)車到山脈，在冰點以下的溫度以下過夜。否則，在一次家庭公路旅行期間，它可能會在悶熱的條件下以悶熱的條件駛?cè)肽霞又莸牡缆?。在任何一種情況下，電池都必須將電池保存在Goldilocks溫度區(qū)域中，以實現(xiàn)最佳性能和壽命。

BMS的重要性

BMS的主要好處包括功能安全性和性能。首先，讓我們討論安全。在大型電池組的操作中，需要設(shè)法進行致命水平的電流和電壓，以確保面對不利的操作環(huán)境保持包裝的完整性。在我們上面共享的EV示例中，如果車輛通過將車輛與車輛斷開連接，則BMS對于管理電池(和駕駛員)的安全性也至關(guān)重要。

在性能方面，每個細胞都需要相對于彼此保持良好的形式。細胞不能過度充電或過度遞減，因為這會影響包裝的壽命。由于制造不一致之處，即使在同一工廠制造的電池組中的電池組中都沒有完全相同的電池。

盡管這些差異最初是微小的，但隨著電池的運行，如果無法正確管理，它可以在短時間內(nèi)大幅下降。隨著某些細胞的削弱，當他們過度充電時，它們可以在電池組中創(chuàng)建“熱點”。電池管理系統(tǒng)的行為就像是一個監(jiān)督委員會，以防止這種情況。

圖2 A BMS監(jiān)視每個單元格，并利用晶體管開關(guān)和適當尺寸的放電電阻與每個單元并聯(lián)。

總體而言，電池組保護管理可確保電池可以通過積極的用法和快速充電和排放周期來照顧這些細胞，這意味著該系統(tǒng)更加穩(wěn)定，并且可能會提供更多的服務(wù)。

電池管理系統(tǒng)的類型

電池管理系統(tǒng)(例如電池本身)可以簡單或非常復(fù)雜，具體取決于它們的使用方式以及保護和優(yōu)化電池所需的不同方式。

盡管有許多方法可以對BMS進行分類，但是在本文中，我們將根據(jù)它們在電池組上的單元格或模塊上的安裝方式進行分類。

· 集中式BMS體系結(jié)構(gòu)：此體系結(jié)構(gòu)的特征是電池組中的一個中央BMS，所有電池套件都連接到。集中式BM的好處包括其緊湊的性質(zhì)和較低的價格點。但是，該BMS需要很多端口才能與所有電池套件連接，因此維護和故障排除變得更加麻煩。

· 模塊化BMS拓撲：與上述體系結(jié)構(gòu)一樣，該BMS分為幾個重復(fù)的模塊，這些模塊連接到電池堆棧的相鄰部分。盡管模塊化BMS拓撲的成本高于集中式模塊，但故障排除和維護更容易，并且擴展到更大的電池組是一個簡單的過程。

· 主/下屬BMS：在此體系結(jié)構(gòu)中，下屬模塊僅限于將測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)街髂K，而主模塊則進行計算和處理控件以及外部通信?？紤]到下屬模塊的簡單功能，這種體系結(jié)構(gòu)的成本通常較低。

· 分布式BMS體系結(jié)構(gòu)：該體系結(jié)構(gòu)與上述三個架構(gòu)有很大不同，因為它將所有電子硬件包含在直接放置在正在監(jiān)視的單元或模塊上的控制板上包含。但是，這確實使故障排除和維護更加困難，并且成本更高，因為整個電池組結(jié)構(gòu)中的BMS越來越多。

BMS如何發(fā)展

在過去的幾十年中，電池管理與電池的設(shè)計方式并聯(lián)。過去，所有電池組都有單元，可以監(jiān)督所有電池組一部分的單元，一個用于子通信的本地管理單元以及與其他電池組進行通信的交界箱。這種類型的架構(gòu)需要大量的接線和電纜。

當今的趨勢正在朝著一個更集中的無線BMS概念邁進，該概念減輕了較舊的體系結(jié)構(gòu)所需的大部分電纜。這不僅使維護更加容易，而且還可以從電池組中減去很多重量，這直接轉(zhuǎn)化為節(jié)能。在EV中，這可能會導(dǎo)致EV可以在需要充電之前驅(qū)動的較大范圍并減少系統(tǒng)充電所需的時間。

我們將繼續(xù)朝著朝著的另一個趨勢是使用模擬BMS設(shè)計，因為當今電池的復(fù)雜程度以及硬件開發(fā)，原型制作和測試帶來的所有挑戰(zhàn)。仿真和虛擬原型制作使電池組工程師可以在設(shè)計過程中早些時候驗證規(guī)格，當時架構(gòu)包和電氣負載(Clock，牽引電動機和正在進行的充電模塊)未得到充分定義并且可能會發(fā)生變化。

軟件在車輛的操作中也越來越重要。電池管理系統(tǒng)可以受益于汽車電子數(shù)字雙胞胎，從而可以模擬從控制器硬件和軟件到完整的多域電池和電力電子設(shè)備的完整系統(tǒng)。

總之，電池的世界正在迅速發(fā)展，以跟上對電動汽車的需求增加，可持續(xù)能源，電飛機和卡車的能源存儲的新創(chuàng)新，等等。電池管理系統(tǒng)正在使用現(xiàn)代電池進行前進，以確保最終用戶的安全性，提高這些電池的可靠性，繼續(xù)前進范圍增加范圍并降低成本，以使電池在明天的世界中更加無處不在和有效。