电池管理系统（BMS）的来龙去脉

电池管理系统或 BMS 是专用于监督电池组的硬件和软件技术的集合，电池组本身是组合成模块并电气组织成行和列矩阵配置的电池组件。电池管理之所以如此具有挑战性，是因为电池组可能包含成百上千个电池。这些电池需要根据预期的负载场景和环境条件在预定的持续时间内提供特定范围的电压和电流。

什么是电池管理系统
电池管理系统或 BMS 是专用于监督电池组的硬件和软件技术的集合，电池组本身是组合成模块并电气组织成行和列矩阵配置的电池组件。电池管理之所以如此具有挑战性，是因为电池组可能包含成百上千个电池。这些电池需要根据预期的负载场景和环境条件在预定的持续时间内提供特定范围的电压和电流。

图 1相邻电池之间的不匹配通常会在尝试为电池组充电时产生问题。资料：新思科技

为了确保电池能够在这些不同的场景下运行，BMS 将监控电池以检测条件何时可能发生变化，在恶劣环境中为电池提供保护，估计电池的运行状态，优化电池在变化条件下的性能，向其他相关设备电池的运行状态，并与外界进行通信。，它可以记录事件数据，以便在未来的迭代中改进电池行为、性能和安全性。
例如，想想电动汽车中的电池。在车辆上路之前，它被置于许多不同的环境中，需要能够启动和运行。车辆可能会被开进山区，在冰点以下的温度下过夜。或者，它可能在家庭公路旅行期间，在酷热的条件下在南加州的道路上行驶数小时。在任何一种情况下，电池都必须保持在适度温度区，以获得性能和寿命。
BMS的重要性
BMS 的主要优势包括功能安全和性能。首先，让我们讨论一下安全性。在大型电池组运行中，需要管理致命的电流和电压水平，以确保在面对不利的运行环境时保持电池组的完整性。在我们上面分享的 EV 示例中，如果车辆因与车辆断开连接而发生碰撞，BMS 对于管理电池（和驾驶员）的安全也至关重要。
在性能方面，每个电池都需要保持相对良好的状态；电池不能过度充电或过度放电，因为这会影响电池组的寿命。由于制造不一致，即使在同一家工厂生产，电池组中的电池也不完全相同。
虽然这些差异初很小，但随着电池的运行，如果管理不当，它会在短时间内急剧降低自身容量。当某些电池变弱时，它们会在过度充电时在电池组中产生“热点”。电池管理系统就像一个监督委员会来防止这种情况发生。

图 2 BMS 监控每个电池并利用晶体管开关和与每个电池并联的适当大小的放电电阻器。资料：新思科技

总体而言，电池组保护管理可确保电池免受过度使用和快速充电和放电循环的影响，这意味着系统更加稳定，并可能提供更多年的服务。
电池管理系统的类型
电池管理系统，就像电池本身一样，可以很简单也可以很复杂，这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。
虽然对 BMS 进行分类的方法有很多，但在本文中，我们将根据它们的安装方式以及在电池组中的电池或模块上的运行方式对其进行分类。
集中式 BMS 架构：这种架构的特点是电池组组件中有一个中央 BMS，所有电池包都连接到该中央 BMS。集中式 BMS 的优势包括其紧凑的特性和较低的价格。然而，这种BMS需要大量的端口来连接所有的电池包，因此维护和故障排除变得更加繁琐。
模块化 BMS 拓扑：与上述架构一样，此 BMS 分为几个重复的模块，这些模块连接到电池组的相邻部分。虽然模块化 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/从BMS：在这种架构中，从属模块仅限于将测量数据中继到主模块，而主模块进行计算和处理控制以及外部通信。鉴于从属模块的简单功能，这种架构的成本通常较低。
分布式 BMS 架构：这种架构与上述三种架构的区别，因为它将所有电子硬件集成在一个控制板上，直接放置在被监控的电池或模块上，无需笨重的布线，并使每个 BMS 更加自我包含。但是，这确实会使故障排除和维护变得更加困难，并且成本更高，因为整个电池组结构中有更多的BMS。