電池管理系統(tǒng)（BMS）的來龍去脈

電池管理系統(tǒng)或 BMS 是專用于監(jiān)督電池組的硬件和軟件技術(shù)的集合，電池組本身是組合成模塊并電氣組織成行和列矩陣配置的電池組件。電池管理之所以如此具有挑戰(zhàn)性，是因為電池組可能包含成百上千個電池。這些電池需要根據(jù)預(yù)期的負載場景和環(huán)境條件在預(yù)定的持續(xù)時間內(nèi)提供特定范圍的電壓和電流。

什么是電池管理系統(tǒng)
電池管理系統(tǒng)或 BMS 是專用于監(jiān)督電池組的硬件和軟件技術(shù)的集合，電池組本身是組合成模塊并電氣組織成行和列矩陣配置的電池組件。電池管理之所以如此具有挑戰(zhàn)性，是因為電池組可能包含成百上千個電池。這些電池需要根據(jù)預(yù)期的負載場景和環(huán)境條件在預(yù)定的持續(xù)時間內(nèi)提供特定范圍的電壓和電流。

圖 1相鄰電池之間的不匹配通常會在嘗試為電池組充電時產(chǎn)生問題。資料：新思科技

為了確保電池能夠在這些不同的場景下運行，BMS 將監(jiān)控電池以檢測條件何時可能發(fā)生變化，在惡劣環(huán)境中為電池提供保護，估計電池的運行狀態(tài)，優(yōu)化電池在變化條件下的性能，向其他相關(guān)設(shè)備電池的運行狀態(tài)，并與外界進行通信。，它可以記錄事件數(shù)據(jù)，以便在未來的迭代中改進電池行為、性能和安全性。
例如，想想電動汽車中的電池。在車輛上路之前，它被置于許多不同的環(huán)境中，需要能夠啟動和運行。車輛可能會被開進山區(qū)，在冰點以下的溫度下過夜。或者，它可能在家庭公路旅行期間，在酷熱的條件下在南加州的道路上行駛數(shù)小時。在任何一種情況下，電池都必須保持在適度溫度區(qū)，以獲得性能和壽命。
BMS的重要性
BMS 的主要優(yōu)勢包括功能安全和性能。首先，讓我們討論一下安全性。在大型電池組運行中，需要管理致命的電流和電壓水平，以確保在面對不利的運行環(huán)境時保持電池組的完整性。在我們上面分享的 EV 示例中，如果車輛因與車輛斷開連接而發(fā)生碰撞，BMS 對于管理電池（和駕駛員）的安全也至關(guān)重要。
在性能方面，每個電池都需要保持相對良好的狀態(tài)；電池不能過度充電或過度放電，因為這會影響電池組的壽命。由于制造不一致，即使在同一家工廠生產(chǎn)，電池組中的電池也不完全相同。
雖然這些差異初很小，但隨著電池的運行，如果管理不當(dāng)，它會在短時間內(nèi)急劇降低自身容量。當(dāng)某些電池變?nèi)鯐r，它們會在過度充電時在電池組中產(chǎn)生“熱點”。電池管理系統(tǒng)就像一個監(jiān)督委員會來防止這種情況發(fā)生。

圖 2 BMS 監(jiān)控每個電池并利用晶體管開關(guān)和與每個電池并聯(lián)的適當(dāng)大小的放電電阻器。資料：新思科技

總體而言，電池組保護管理可確保電池免受過度使用和快速充電和放電循環(huán)的影響，這意味著系統(tǒng)更加穩(wěn)定，并可能提供更多年的服務(wù)。
電池管理系統(tǒng)的類型
電池管理系統(tǒng)，就像電池本身一樣，可以很簡單也可以很復(fù)雜，這取決于它們的使用方式以及保護和優(yōu)化電池所需的不同方式。
雖然對 BMS 進行分類的方法有很多，但在本文中，我們將根據(jù)它們的安裝方式以及在電池組中的電池或模塊上的運行方式對其進行分類。
集中式 BMS 架構(gòu)：這種架構(gòu)的特點是電池組組件中有一個中央 BMS，所有電池包都連接到該中央 BMS。集中式 BMS 的優(yōu)勢包括其緊湊的特性和較低的價格。然而，這種BMS需要大量的端口來連接所有的電池包，因此維護和故障排除變得更加繁瑣。
模塊化 BMS 拓撲：與上述架構(gòu)一樣，此 BMS 分為幾個重復(fù)的模塊，這些模塊連接到電池組的相鄰部分。雖然模塊化 BMS 拓撲的成本高于集中式模塊，但故障排除和維護更容易，并且擴展到更大的電池組是一個簡單的過程。
主/從BMS：在這種架構(gòu)中，從屬模塊僅限于將測量數(shù)據(jù)中繼到主模塊，而主模塊進行計算和處理控制以及外部通信。鑒于從屬模塊的簡單功能，這種架構(gòu)的成本通常較低。
分布式 BMS 架構(gòu)：這種架構(gòu)與上述三種架構(gòu)的區(qū)別，因為它將所有電子硬件集成在一個控制板上，直接放置在被監(jiān)控的電池或模塊上，無需笨重的布線，并使每個 BMS 更加自我包含。但是，這確實會使故障排除和維護變得更加困難，并且成本更高，因為整個電池組結(jié)構(gòu)中有更多的BMS。