电池管理系统（BMS）的来龙去脉

电池市场正在加热。虽然电动汽车(EV)只是故事的一部分，并且对电力储存以及电动卡车和飞机的兴趣越来越大，但它们是重要的部分，也是一个很好的例子，说明了电池管理系统(BMS)如此必要。

电池管理系统是复杂的，并且监督标准和纪律，例如热输入，电气，液压和控制，以确保电池对性能进行优化，安全运行，寿命很长，等等。在讨论BMS工作原理的基本原理时，请继续阅读，BMS，系统类型和不断变化的设计注意事项的重要性。

什么是电池管理系统

电池管理系统或BMS是用于监督电池组的硬件和软件技术的集合，该电池组合本身就是组合成模块中的单元组组件，并将电气组织成行和列矩阵配置。使电池管理如此具有挑战性的是，电池组可以包含数百至数千个电池。这些单元需要在预期的负载方案和环境条件下在预定

图1相邻单元格之间的不匹配通常会在尝试充电堆栈时会产生问题。

为了确保电池在这些不同的情况下可以运行，BMS将监视电池以检测到何时发生变化，在恶劣环境中为电池提供保护，估算电池的运行状态，在变化条件下优化电池的性能，向其他相关设备报告电池的操作状态，并与外界通信。最后，它可以记录事件数据，以便在将来的迭代中改善电池行为，性能和安全性。

例如，考虑电动汽车中的电池。在车辆撞到道路之前，它已放在许多不同的环境中，需要启动和运作。车辆可能被驱车到山脉，在冰点以下的温度以下过夜。否则，在一次家庭公路旅行期间，它可能会在闷热的条件下以闷热的条件驶入南加州的道路。在任何一种情况下，电池都必须将电池保存在Goldilocks温度区域中，以实现最佳性能和寿命。

BMS的重要性

BMS的主要好处包括功能安全性和性能。首先，让我们讨论安全。在大型电池组的操作中，需要设法进行致命水平的电流和电压，以确保面对不利的操作环境保持包装的完整性。在我们上面共享的EV示例中，如果车辆通过将车辆与车辆断开连接，则BMS对于管理电池(和驾驶员)的安全性也至关重要。

在性能方面，每个细胞都需要相对于彼此保持良好的形式。细胞不能过度充电或过度递减，因为这会影响包装的寿命。由于制造不一致之处，即使在同一工厂制造的电池组中的电池组中都没有完全相同的电池。

尽管这些差异最初是微小的，但随着电池的运行，如果无法正确管理，它可以在短时间内大幅下降。随着某些细胞的削弱，当他们过度充电时，它们可以在电池组中创建“热点”。电池管理系统的行为就像是一个监督委员会，以防止这种情况。

图2 A BMS监视每个单元格，并利用晶体管开关和适当尺寸的放电电阻与每个单元并联。

总体而言，电池组保护管理可确保电池可以通过积极的用法和快速充电和排放周期来照顾这些细胞，这意味着该系统更加稳定，并且可能会提供更多的服务。

电池管理系统的类型

电池管理系统(例如电池本身)可以简单或非常复杂，具体取决于它们的使用方式以及保护和优化电池所需的不同方式。

尽管有许多方法可以对BMS进行分类，但是在本文中，我们将根据它们在电池组上的单元格或模块上的安装方式进行分类。

· 集中式BMS体系结构：此体系结构的特征是电池组中的一个中央BMS，所有电池套件都连接到。集中式BM的好处包括其紧凑的性质和较低的价格点。但是，该BMS需要很多端口才能与所有电池套件连接，因此维护和故障排除变得更加麻烦。

· 模块化BMS拓扑：与上述体系结构一样，该BMS分为几个重复的模块，这些模块连接到电池堆栈的相邻部分。尽管模块化BMS拓扑的成本高于集中式模块，但故障排除和维护更容易，并且扩展到更大的电池组是一个简单的过程。

· 主/下属BMS：在此体系结构中，下属模块仅限于将测量数据传输到主模块，而主模块则进行计算和处理控件以及外部通信。考虑到下属模块的简单功能，这种体系结构的成本通常较低。

· 分布式BMS体系结构：该体系结构与上述三个架构有很大不同，因为它将所有电子硬件包含在直接放置在正在监视的单元或模块上的控制板上包含。但是，这确实使故障排除和维护更加困难，并且成本更高，因为整个电池组结构中的BMS越来越多。

BMS如何发展

在过去的几十年中，电池管理与电池的设计方式并联。过去，所有电池组都有单元，可以监督所有电池组一部分的单元，一个用于子通信的本地管理单元以及与其他电池组进行通信的交界箱。这种类型的架构需要大量的接线和电缆。

当今的趋势正在朝着一个更集中的无线BMS概念迈进，该概念减轻了较旧的体系结构所需的大部分电缆。这不仅使维护更加容易，而且还可以从电池组中减去很多重量，这直接转化为节能。在EV中，这可能会导致EV可以在需要充电之前驱动的较大范围并减少系统充电所需的时间。

我们将继续朝着朝着的另一个趋势是使用模拟BMS设计，因为当今电池的复杂程度以及硬件开发，原型制作和测试带来的所有挑战。仿真和虚拟原型制作使电池组工程师可以在设计过程中早些时候验证规格，当时架构包和电气负载(Clock，牵引电动机和正在进行的充电模块)未得到充分定义并且可能会发生变化。

软件在车辆的操作中也越来越重要。电池管理系统可以受益于汽车电子数字双胞胎，从而可以模拟从控制器硬件和软件到完整的多域电池和电力电子设备的完整系统。

总之，电池的世界正在迅速发展，以跟上对电动汽车的需求增加，可持续能源，电飞机和卡车的能源存储的新创新，等等。电池管理系统正在使用现代电池进行前进，以确保最终用户的安全性，提高这些电池的可靠性，继续前进范围增加范围并降低成本，以使电池在明天的世界中更加无处不在和有效。