如今，现代电池的功能更加强大，可以为汽车、火车甚至飞机提供长时间的自主运行和快速充电，确保完全安全。称为电池管理系统(BMS)的专用电路可以延长电池的使用寿命，并提高使用和充电方面的安全性。受 BMS 影响最大的电池类型是可充电电池，特别是锂离子电池，目前存在于从智能手机到电动汽车的大多数应用中。这些智能系统在监测、控制和优化电池性能和寿命方面发挥着关键作用，同时确保用户和负载的安全。

　　电池管理系统介绍

　　为了保证电池长期安全高效的运行，需要电池管理系统(BMS)。它执行许多功能，其中一些功能非常复杂(图中的框图)。第一个功能是电池监控，实时收集主要电池参数的大量信息。其中一些涉及输送电流、充电电流、当前电压、温度和充电状态。该信息用于评估电池的健康状况并检查是否存在任何异常情况。

　　一个非常重要的功能是控制充电和放电电流，以防止能量过载或深度放电，从而损害电池本身的寿命。温度也受到仔细监控，以避免过热和可能的爆炸或火灾。最复杂的模型涉及独立向各个电池输送电流，以确保最佳平衡。电池管理系统还实施各种安全措施来保护其免受损坏、故障和故障。它会在分配或充电异常时进行干预，在出现危险情况时立即中断充电或放电。

　　有些型号配备了特殊电路，甚至可以通过有线或无线连接将收集到的各种信息传输到其他系统。如果电池位于操作员难以接近的地方，这种可能性非常有用。最简单的系统监视电压和电流并检查是否存在任何过载，而更先进的系统则实现电池平衡、与其他系统通信和高级诊断的功能。

　　改善电池管理

　　电动汽车的电子和自动化电池管理是当今最严峻的挑战之一，最关键的因素之一是选择集成电路来执行许多功能。一个好的系统必须首先了解电动汽车的电池组架构。通常，它们由一定数量的电池串联、并联或混合连接而成，以倍增电压或电流并获得更多能量。

　　每个电池通常都配有一个电子模块，可以对其进行持续监控，系统收集所有信息以确保电池的安全运行。BMS 执行多项任务，例如精确的热管理、电压和电流的精确测量、各个电池充电水平的出色平衡以及一系列系统安全程序。事实上，BMS的主要功能如下：

　　电池保护：确保正常运行并防止在其操作区域内发生任何不可预见的操作

　　电池监控：在充电和放电过程中不断检查电池的充电状态和健康状况

　　电池优化：保证电池的良好平衡，提高电池的寿命和容量，从而优化电动汽车的自主性。

　　详细分析 BMS 的宝贵作用，它执行电池欠压或过压控制。如果在一定电压范围(通常在 10.5 V 至 14.8 V 之间)之外充电和放电，锂电池可能会损坏。在这种情况下，BMS 会自动阻止电池。此外，它还针对高连续和脉冲最大放电电流实施自动保护。它自动保护系统免受短路的影响，短路很容易引起爆炸和火灾，并且对工作温度进行有效和持续的检查，因为锂电池在0°C以下和55°C以上无法充电，并且在低于0°C时无法正常工作。 -20°C 及 60°C 以上。

　　BMS 还在控制最大充电电流方面发挥着重要作用，因为 LiFePO4 电池的充电速度比铅酸电池快，但必须始终遵守限制。最后，电池管理系统实现电池平衡，这个主题将在下一段中深入探讨。BMS 的一个有效示例是 STMicroElectronics 生产的电池管理解决方案。它基于 L9963E 集成电路，可以在单向或双向配置上提供最多 14 个串联电池的最高精度测量，并实现非常复杂的电池监测和诊断功能。

　　BMS 的另一个示例是 Texas Instruments 的 BQ76905(参见图 )，它集成了 2 至 5 个串联电池的电池监控功能;保护电路，包括电压、温度、电流和内部诊断。它实现了电池平衡功能，必须对其进行控制以限制电流并避免超过设备的建议工作温度。这是通过正确计算电池输入电阻并限制一次可以平衡的电池数量来实现的。

　　电池平衡

　　与传统电池相比，锂电池具有最佳效果，具有许多优点，但在生产过程中，无法保证基于标称容量、内阻和自放电的模型相同和统一。随着时间的推移，这些微小的差异会使电池单元失去平衡，降低其效率并加速老化。内部电池串联连接，充电和放电使用相同的能量。如果没有适当的平衡系统，电池之间的差异会越来越大，实际上会损坏电池。因此，如果在没有平衡的情况下给电池充电，较弱的电池会先于较强的电池达到满容量。一般问题正是由于最弱细胞的存在造成的。

　　平衡功能可让您延长电池的生命周期，因为它们会在各个部分进行彻底且独立的检查。此功能可最大限度地提高电池总容量并防止局部充电不足或过度充电。通过这种技术，BMS 可确保组成电池的所有电池都具有相同的充电状态。根据所使用的技术，存在被动平衡操作，其中充电过量的电池使用功率电阻器耗散功率(和热量)，以均衡所有电池的充电状态。通过这种方法，充电最多的电池的能量通过将它们连接到功率负载(例如无源调节器)来消耗。因此，常见的 BMS 系统对充电最多的电池施加电阻，等待带电最少的电池达到相同的能量水平。这种方法虽然非常经济，但效率较低，且平衡过程极长，甚至数十小时，并且不能延长电池寿命。

　　另一方面，主动平衡更加复杂和昂贵，但可以获得优异的结果，因为在充电和放电周期期间电流在各个电池之间独立地重新分配;而且，其执行速度非常快，有时甚至只需几分钟。该方法实现了从充电较多的电池到充电较少的电池的能量传输，或者将充电电流降低到足够低的水平，使得充满电的电池不会受到损坏，而充电较少的电池可以继续充电。因此增加了自主性并且不会产生系统温度的特别升高。然而，通过被动或主动电池平衡，电池组中的每个电池都受到监控，以保持良好的充电状态。

　　因此，平衡可以延长电池的平均寿命，并提供额外的保护，防止电池因深度放电或过度充电而损坏。Analog Devices 提供了一个用于主动电池平衡的电路示例，其 LT8584 如图所示。它是一款具有 2.5 A 放电电流的单片反激式转换器，与 LTC680x 系列电池监视器一起使用。

　　总而言之有了强大的 BMS，电池寿命就会显着延长。它有助于防止因电池使用不当而造成的损坏，例如过度充电或深度放电。BMS 是电池的真正大脑，如果采用尖端电子技术进行设计，则可以执行许多附加功能来实时控制和监控电池的行为。浮思特科技专注在新能源汽车、电力新能源、家用电器、触控显示等领域，为客户提供IGBT、IPM模块、单片机、电流传感器芯片等功率器件，是一家拥有核心技术的电子元器件供应商和解决方案商。