如今，現代電池的功能更加強大，可以為汽車、火車甚至飛機提供長時間的自主運行和快速充電，確保完全安全。稱為電池管理系統(BMS)的專用電路可以延長電池的使用壽命，并提高使用和充電方面的安全性。受 BMS 影響最大的電池類型是可充電電池，特別是鋰離子電池，目前存在于從智能手機到電動汽車的大多數應用中。這些智能系統在監測、控制和優化電池性能和壽命方面發揮著關鍵作用，同時確保用戶和負載的安全。

　　電池管理系統介紹

　　為了保證電池長期安全高效的運行，需要電池管理系統(BMS)。它執行許多功能，其中一些功能非常復雜(圖中的框圖)。第一個功能是電池監控，實時收集主要電池參數的大量信息。其中一些涉及輸送電流、充電電流、當前電壓、溫度和充電狀態。該信息用于評估電池的健康狀況并檢查是否存在任何異常情況。

　　一個非常重要的功能是控制充電和放電電流，以防止能量過載或深度放電，從而損害電池本身的壽命。溫度也受到仔細監控，以避免過熱和可能的爆炸或火災。最復雜的模型涉及獨立向各個電池輸送電流，以確保最佳平衡。電池管理系統還實施各種安全措施來保護其免受損壞、故障和故障。它會在分配或充電異常時進行干預，在出現危險情況時立即中斷充電或放電。

　　有些型號配備了特殊電路，甚至可以通過有線或無線連接將收集到的各種信息傳輸到其他系統。如果電池位于操作員難以接近的地方，這種可能性非常有用。最簡單的系統監視電壓和電流并檢查是否存在任何過載，而更先進的系統則實現電池平衡、與其他系統通信和高級診斷的功能。

　　改善電池管理

　　電動汽車的電子和自動化電池管理是當今最嚴峻的挑戰之一，最關鍵的因素之一是選擇集成電路來執行許多功能。一個好的系統必須首先了解電動汽車的電池組架構。通常，它們由一定數量的電池串聯、并聯或混合連接而成，以倍增電壓或電流并獲得更多能量。

　　每個電池通常都配有一個電子模塊，可以對其進行持續監控，系統收集所有信息以確保電池的安全運行。BMS 執行多項任務，例如精確的熱管理、電壓和電流的精確測量、各個電池充電水平的出色平衡以及一系列系統安全程序。事實上，BMS的主要功能如下：

　　電池保護：確保正常運行并防止在其操作區域內發生任何不可預見的操作

　　電池監控：在充電和放電過程中不斷檢查電池的充電狀態和健康狀況

　　電池優化：保證電池的良好平衡，提高電池的壽命和容量，從而優化電動汽車的自主性。

　　詳細分析 BMS 的寶貴作用，它執行電池欠壓或過壓控制。如果在一定電壓范圍(通常在 10.5 V 至 14.8 V 之間)之外充電和放電，鋰電池可能會損壞。在這種情況下，BMS 會自動阻止電池。此外，它還針對高連續和脈沖最大放電電流實施自動保護。它自動保護系統免受短路的影響，短路很容易引起爆炸和火災，并且對工作溫度進行有效和持續的檢查，因為鋰電池在0°C以下和55°C以上無法充電，并且在低于0°C時無法正常工作。 -20°C 及 60°C 以上。

　　BMS 還在控制最大充電電流方面發揮著重要作用，因為 LiFePO4 電池的充電速度比鉛酸電池快，但必須始終遵守限制。最后，電池管理系統實現電池平衡，這個主題將在下一段中深入探討。BMS 的一個有效示例是 STMicroElectronics 生產的電池管理解決方案。它基于 L9963E 集成電路，可以在單向或雙向配置上提供最多 14 個串聯電池的最高精度測量，并實現非常復雜的電池監測和診斷功能。

　　BMS 的另一個示例是 Texas Instruments 的 BQ76905(參見圖 )，它集成了 2 至 5 個串聯電池的電池監控功能;保護電路，包括電壓、溫度、電流和內部診斷。它實現了電池平衡功能，必須對其進行控制以限制電流并避免超過設備的建議工作溫度。這是通過正確計算電池輸入電阻并限制一次可以平衡的電池數量來實現的。

　　電池平衡

　　與傳統電池相比，鋰電池具有最佳效果，具有許多優點，但在生產過程中，無法保證基于標稱容量、內阻和自放電的模型相同和統一。隨著時間的推移，這些微小的差異會使電池單元失去平衡，降低其效率并加速老化。內部電池串聯連接，充電和放電使用相同的能量。如果沒有適當的平衡系統，電池之間的差異會越來越大，實際上會損壞電池。因此，如果在沒有平衡的情況下給電池充電，較弱的電池會先于較強的電池達到滿容量。一般問題正是由于最弱細胞的存在造成的。

　　平衡功能可讓您延長電池的生命周期，因為它們會在各個部分進行徹底且獨立的檢查。此功能可最大限度地提高電池總容量并防止局部充電不足或過度充電。通過這種技術，BMS 可確保組成電池的所有電池都具有相同的充電狀態。根據所使用的技術，存在被動平衡操作，其中充電過量的電池使用功率電阻器耗散功率(和熱量)，以均衡所有電池的充電狀態。通過這種方法，充電最多的電池的能量通過將它們連接到功率負載(例如無源調節器)來消耗。因此，常見的 BMS 系統對充電最多的電池施加電阻，等待帶電最少的電池達到相同的能量水平。這種方法雖然非常經濟，但效率較低，且平衡過程極長，甚至數十小時，并且不能延長電池壽命。

　　另一方面，主動平衡更加復雜和昂貴，但可以獲得優異的結果，因為在充電和放電周期期間電流在各個電池之間獨立地重新分配;而且，其執行速度非常快，有時甚至只需幾分鐘。該方法實現了從充電較多的電池到充電較少的電池的能量傳輸，或者將充電電流降低到足夠低的水平，使得充滿電的電池不會受到損壞，而充電較少的電池可以繼續充電。因此增加了自主性并且不會產生系統溫度的特別升高。然而，通過被動或主動電池平衡，電池組中的每個電池都受到監控，以保持良好的充電狀態。

　　因此，平衡可以延長電池的平均壽命，并提供額外的保護，防止電池因深度放電或過度充電而損壞。Analog Devices 提供了一個用于主動電池平衡的電路示例，其 LT8584 如圖所示。它是一款具有 2.5 A 放電電流的單片反激式轉換器，與 LTC680x 系列電池監視器一起使用。

　　總而言之有了強大的 BMS，電池壽命就會顯著延長。它有助于防止因電池使用不當而造成的損壞，例如過度充電或深度放電。BMS 是電池的真正大腦，如果采用尖端電子技術進行設計，則可以執行許多附加功能來實時控制和監控電池的行為。浮思特科技專注在新能源汽車、電力新能源、家用電器、觸控顯示等領域，為客戶提供IGBT、IPM模塊、單片機、電流傳感器芯片等功率器件，是一家擁有核心技術的電子元器件供應商和解決方案商。