電池管理系統(tǒng)（BMS）是電池組的中央控制單元。電池管理系統(tǒng)對電池就像大腦對人一樣。電池管理系統(tǒng)由許多子系統(tǒng)組成，例如主機或主控制器、一系列從控制器（取決于系統(tǒng)類型）、傳感器和使所有系統(tǒng)工作的軟件。有些甚至包括BMS中的電子控制裝置，如開關、保險絲、高壓前端、高壓聯(lián)鎖回路和斷電裝置。

 

為什么電池管理系統(tǒng)如此重要？

電池管理系統(tǒng)可以發(fā)揮什么作用？

顧名思義，電池管理系統(tǒng)用于管理電池，使電池能夠保持更好的狀態(tài)，穩(wěn)定運行。簡單地說，電池管理系統(tǒng)可防止電池故障模式，如過充電、過放電、過熱或欠溫以及內部短路。除了保護電池外，電池管理系統(tǒng)還具有監(jiān)控功能。事實上，如果沒有監(jiān)控電池的能力，就沒有保護。電池管理系統(tǒng)還可以將電池組內部和外部的控制器連接到系統(tǒng)。最終，電池管理系統(tǒng)提供了最佳的電池性能，以滿足各種能源和電力需求。這些性能由估計各種電池因素的軟件控制，例如健康狀態(tài)（SOH）、充電狀態(tài)（SOC）和最大電壓。

 

 

為什么鋰離子電池需要電池管理系統(tǒng)？

近年來，以鋰離子電池為動力的新能源汽車受到人們的關注，成為全球汽車發(fā)展的熱點。然而，鋰離子電池的異常使用可能會導致電池壽命縮短和損壞，甚至存在潛在的安全問題和危害因素。作為電池保護和管理的核心部件，電池管理系統(tǒng)在電動汽車的性能中發(fā)揮著越來越重要的作用。它可以提高鋰離子電池的利用率，防止過充電、過放電、過熱、短路等情況，監(jiān)測電池的狀態(tài)，從而延長電池的使用壽命。

 

為什么車輛需要電池管理系統(tǒng)？

電池管理系統(tǒng)通過控制電池輸出以及能量和功率輸入來管理電池壽命和安全性。大多數(shù)便攜式設備（如筆記本電腦）的電池只能使用一兩年，通常在溫度變化很小的情況下使用（例如，在寒冷的冬天，筆記本電腦很少放在室外或在室外使用）。然而，車輛和工業(yè)電池需要持續(xù)8至10年、15年或更長時間，并能承受各種工作溫度，包括阿拉伯沙漠的夏季和北極的極寒冬季。因此，大型電池通常需要電池管理系統(tǒng)來優(yōu)化其性能。

 

 

那么鋰離子電池可以不使用電池管理系統(tǒng)嗎？

我聽說一些賽車類型的電動汽車聲稱不使用電池管理系統(tǒng)。然而，賽車只是鋰離子電池的一個非常具體的應用，在這些條件下，電池壽命通常會持續(xù)一個賽車賽季，因此不必擔心保修和壽命。然而，除此之外，沒有一個領域在沒有BMS的情況下使用電池組。與其他類型的電池相比，鋰離子電池需要管理以確保其安全性。例如，鉛酸電池在濫用時不會發(fā)生熱失控型事故，因此安全性可以在沒有電子控制的情況下輕松控制。必須對鋰離子電池進行管理，以使電池在允許的電壓、溫度和電流條件下工作，從而有效避免安全故障。

 

電池管理系統(tǒng)類型

電池管理系統(tǒng)有兩種基本類型：集中式和分布式。這兩種類型之間最大的區(qū)別是硬件的安裝位置。主控制器或控制單元通常可以完成能量存儲系統(tǒng)的主要設計目標：

 

 

 

（1） 切換觸點以監(jiān)測電池溫度，并與核心控制板建立通信以監(jiān)測核心溫度；

（2） 監(jiān)測電池和核心控制板的電壓；

（3） 基于溫度數(shù)據(jù)的熱管理，加熱或冷卻電池；

（4） 管理電池安全（基于電池電壓、溫度和電池狀態(tài)的觸點開/關操作）；

（5） 計算、管理、記錄電池狀態(tài)并與汽車（或其他系統(tǒng)）通信。控制器主要由兩部分組成，一部分是硬件控制板，另一部分是大量的數(shù)據(jù)處理軟件，這兩部分共同工作以確保整個系統(tǒng)的性能和安全性。

 

集中式電池管理系統(tǒng)

對于集中式電池管理系統(tǒng)，電池的主控制板和檢測控制板在電池組裝過程中安裝在一個位置，內部通過電線連接成一個整體。這將減少硬件數(shù)量，但增加電池組中的電線數(shù)量。

 

分布式電池管理系統(tǒng)

 

 

分布式電池管理系統(tǒng)，在中央位置有一個主控制器，以及多個獨立的電路板，用于檢測電池的狀況。通常，這些隔離板直接監(jiān)控核心或模塊，從而減少了電線的使用，因為從屬板可以是菊花鏈。但由于印刷電路板（PCBS）數(shù)量的增加，這部分增加了成本。分布式電池管理系統(tǒng)設計在實際應用中得到廣泛應用，因為每個從電路板只控制有限數(shù)量的電池，這對電池系統(tǒng)具有更好的控制效果。

除了分布式和集中式電池管理系統(tǒng)之外，電池管理系統(tǒng)可以有許多不同的結構，但最終取決于電池管理系統(tǒng)的使用位置和具體的功能要求。

 

電池管理系統(tǒng)中的硬件

電池管理系統(tǒng)硬件是電路板設計的重要組成部分。通常，電池管理系統(tǒng)硬件由一個或多個印刷電路板組成，印刷電路板可以集成所有組件以形成控制電路板，包括電容器、電阻器、電流傳感器、can（控制器局域網(wǎng)）、LIN（局域互聯(lián)網(wǎng)絡）和其他通信組件，最重要的是專用集成電路（ASIC）。所有這些元件都安裝在非導電基板上，嵌入導電銅（由銅片蝕刻而成），然后將其層壓到電路板上。

 

 

從電路板通常有不同的名稱，由設計者定制，包括電壓溫度監(jiān)測器（VTM）、電池監(jiān)測電路（CSC）等。但無論如何，從電路板的設計都是相似的，尤其是平衡電路管理和廢熱管理這兩個最重要的模塊。帶有無源平衡管理系統(tǒng)的電路板將能量轉換為廢熱。然而，在電路板的設計中，應盡可能減少廢熱對核心或電路板組件的影響。

硬件設計中的另一個問題是在電池管理系統(tǒng)中考慮電磁干擾（EMID）和電磁兼容性（EMC）。當控制電路板靠近充電器、逆變器、變頻器或其他高壓設備時，必須研究EMI和EMC，并為這些設備提供適當?shù)撵o電屏蔽和接線連接。

使用PCB從板的另一個好方法是使用柔性板或電路。類似地，剛性PCBS可以用柔性塑料基板或兩者的組合來代替。這通常用于CSC（單元監(jiān)控電路）板，并且CSC可以直接安裝在單元模塊上。