【導(dǎo)讀】電池管理系統(tǒng)或 BMS 是專用于監(jiān)督電池組的硬件和軟件技術(shù)的集合，電池組本身是組合成模塊并電氣組織成行和列矩陣配置的電池組件。電池管理之所以如此具有挑戰(zhàn)性，是因?yàn)殡姵亟M可能包含成百上千個(gè)電池。這些電池需要根據(jù)預(yù)期的負(fù)載場(chǎng)景和環(huán)境條件在預(yù)定的持續(xù)時(shí)間內(nèi)提供特定范圍的電壓和電流。
什么是電池管理系統(tǒng)
電池管理系統(tǒng)或 BMS 是專用于監(jiān)督電池組的硬件和軟件技術(shù)的集合，電池組本身是組合成模塊并電氣組織成行和列矩陣配置的電池組件。電池管理之所以如此具有挑戰(zhàn)性，是因?yàn)殡姵亟M可能包含成百上千個(gè)電池。這些電池需要根據(jù)預(yù)期的負(fù)載場(chǎng)景和環(huán)境條件在預(yù)定的持續(xù)時(shí)間內(nèi)提供特定范圍的電壓和電流。
圖 1相鄰電池之間的不匹配通常會(huì)在嘗試為電池組充電時(shí)產(chǎn)生問(wèn)題。資料：新思科技
為了確保電池能夠在這些不同的場(chǎng)景下運(yùn)行，BMS 將監(jiān)控電池以檢測(cè)條件何時(shí)可能發(fā)生變化，在惡劣環(huán)境中為電池提供保護(hù)，估計(jì)電池的運(yùn)行狀態(tài)，優(yōu)化電池在變化條件下的性能，向其他相關(guān)設(shè)備電池的運(yùn)行狀態(tài)，并與外界進(jìn)行通信。，它可以記錄事件數(shù)據(jù)，以便在未來(lái)的迭代中改進(jìn)電池行為、性能和安全性。
例如，想想電動(dòng)汽車中的電池。在車輛上路之前，它被置于許多不同的環(huán)境中，需要能夠啟動(dòng)和運(yùn)行。車輛可能會(huì)被開進(jìn)山區(qū)，在冰點(diǎn)以下的溫度下過(guò)夜?；蛘?，它可能在家庭公路旅行期間，在酷熱的條件下在南加州的道路上行駛數(shù)小時(shí)。在任何一種情況下，電池都必須保持在適度溫度區(qū)，以獲得性能和壽命。
BMS的重要性
BMS 的主要優(yōu)勢(shì)包括功能安全和性能。首先，讓我們討論一下安全性。在大型電池組運(yùn)行中，需要管理致命的電流和電壓水平，以確保在面對(duì)不利的運(yùn)行環(huán)境時(shí)保持電池組的完整性。在我們上面分享的 EV 示例中，如果車輛因與車輛斷開連接而發(fā)生碰撞，BMS 對(duì)于管理電池（和駕駛員）的安全也至關(guān)重要。
在性能方面，每個(gè)電池都需要保持相對(duì)良好的狀態(tài)；電池不能過(guò)度充電或過(guò)度放電，因?yàn)檫@會(huì)影響電池組的壽命。由于制造不一致，即使在同一家工廠生產(chǎn)，電池組中的電池也不完全相同。
雖然這些差異初很小，但隨著電池的運(yùn)行，如果管理不當(dāng)，它會(huì)在短時(shí)間內(nèi)急劇降低自身容量。當(dāng)某些電池變?nèi)鯐r(shí)，它們會(huì)在過(guò)度充電時(shí)在電池組中產(chǎn)生“熱點(diǎn)”。電池管理系統(tǒng)就像一個(gè)監(jiān)督委員會(huì)來(lái)防止這種情況發(fā)生。
圖 2 BMS 監(jiān)控每個(gè)電池并利用晶體管開關(guān)和與每個(gè)電池并聯(lián)的適當(dāng)大小的放電電阻器。資料：新思科技
總體而言，電池組保護(hù)管理可確保電池免受過(guò)度使用和快速充電和放電循環(huán)的影響，這意味著系統(tǒng)更加穩(wěn)定，并可能提供更多年的服務(wù)。
電池管理系統(tǒng)的類型
電池管理系統(tǒng)，就像電池本身一樣，可以很簡(jiǎn)單也可以很復(fù)雜，這取決于它們的使用方式以及保護(hù)和優(yōu)化電池所需的不同方式。
雖然對(duì) BMS 進(jìn)行分類的方法有很多，但在本文中，我們將根據(jù)它們的安裝方式以及在電池組中的電池或模塊上的運(yùn)行方式對(duì)其進(jìn)行分類。
集中式 BMS 架構(gòu)：這種架構(gòu)的特點(diǎn)是電池組組件中有一個(gè)中央 BMS，所有電池包都連接到該中央 BMS。集中式 BMS 的優(yōu)勢(shì)包括其緊湊的特性和較低的價(jià)格。然而，這種BMS需要大量的端口來(lái)連接所有的電池包，因此維護(hù)和故障排除變得更加繁瑣。
模塊化 BMS 拓?fù)洌号c上述架構(gòu)一樣，此 BMS 分為幾個(gè)重復(fù)的模塊，這些模塊連接到電池組的相鄰部分。雖然模塊化 BMS 拓?fù)涞某杀靖哂诩惺侥K，但故障排除和維護(hù)更容易，并且擴(kuò)展到更大的電池組是一個(gè)簡(jiǎn)單的過(guò)程。
主/從BMS：在這種架構(gòu)中，從屬模塊僅限于將測(cè)量數(shù)據(jù)中繼到主模塊，而主模塊進(jìn)行計(jì)算和處理控制以及外部通信。鑒于從屬模塊的簡(jiǎn)單功能，這種架構(gòu)的成本通常較低。
分布式 BMS 架構(gòu)：這種架構(gòu)與上述三種架構(gòu)的區(qū)別，因?yàn)樗鼘⑺须娮佑布稍谝粋€(gè)控制板上，直接放置在被監(jiān)控的電池或模塊上，無(wú)需笨重的布線，并使每個(gè) BMS 更加自我包含。但是，這確實(shí)會(huì)使故障排除和維護(hù)變得更加困難，并且成本更高，因?yàn)檎麄€(gè)電池組結(jié)構(gòu)中有更多的BMS。
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