電池管理系統(tǒng)（BMS）架構(gòu)分析 為什么鋰電池需要BMS？

電池管理系統(tǒng)（BMS）監(jiān)控電池和可能的故障情況，防止電池出現(xiàn)性能下降、容量衰減甚至可能對用戶或周圍環(huán)境造成傷害的情況。

BMS還負(fù)責(zé)提供準(zhǔn)確的充電狀態(tài) （SOC） 和健康狀態(tài) （SOH） 估計，以確保在電池的整個使用壽命內(nèi)提供信息豐富且安全的用戶體驗。設(shè)計合適的BMS不僅從安全角度來看至關(guān)重要，而且對于客戶滿意度而言也至關(guān)重要。

完整的中低壓 BMS 的主要結(jié)構(gòu)通常由三個 IC 組成：模擬前端 （AFE）、微控制器 （MCU） 和電量計（見圖 1）。電量計可以是獨(dú)立的 IC，也可以嵌入到 MCU 中。 MCU 是 BMS 的核心元件，從 AFE 和電量計獲取信息并與系統(tǒng)的其余部分連接。

圖1：BMS架構(gòu)

為什么鋰電池需要BMS？

（1）安全需求：

鋰電池的缺點(diǎn)是“嬌氣”，1次過放電就會造成電池的永久性損壞。極端情況下，鋰電池過熱或者過充電會導(dǎo)致熱失控、電池破裂甚至爆炸。鋰電池需要BMS來嚴(yán)格控制充放電過程，避免過充、過放、過熱。

（2）功能需求：

鋰電池在使用過程中需要知道電池的SOC參數(shù)，通過SOC預(yù)測電池的剩余電量。BMS能夠?qū)崟r測算鋰電池的SOC，滿足客戶應(yīng)用需要。

大容量鋰電池存在比較明顯的不一致性，不一致性會影響電池的充放電能力及循環(huán)壽命。BMS能夠通過均衡改善不一致性，提升鋰電池整體性能。

電池在不同的溫度下會有不同的工作性能，鋰離子電池的最佳工作溫度為25～40℃。溫度的變化會使電池的SOC、開路電壓、內(nèi)阻和可用電量發(fā)生變化，甚至?xí)绊懙诫姵氐氖褂脡勖?。通過BMS可以控制電池工作的環(huán)境溫度，改善電池特性。

鋰電池工作原理

電池管理系統(tǒng)主要有哪些功能

1.電池參數(shù)監(jiān)測 ：BMS能夠?qū)崟r監(jiān)測電池組中每個單體電池的電壓、電流、溫度等關(guān)鍵參數(shù)。這些參數(shù)對于評估電池的健康狀況和性能至關(guān)重要。

2.荷電狀態(tài)估算（SOC） ：BMS通過算法估算電池的荷電狀態(tài)，即電池剩余電量，確保電池在合理的SOC范圍內(nèi)工作，防止過充電或過放電。

3.電池均衡管理 ：由于電池在生產(chǎn)和使用過程中存在不一致性，BMS通過均衡技術(shù)調(diào)整電池組中各個電池的狀態(tài)，確保它們達(dá)到均衡一致的狀態(tài)，提高整個電池組的性能和壽命。

4.故障診斷與保護(hù) ：BMS具備故障檢測和診斷功能，能夠識別并響應(yīng)電池的異常狀態(tài)，如過熱、過壓、欠壓等，并采取相應(yīng)的保護(hù)措施，如斷開電路或調(diào)整充放電策略。

5.充放電管理 ：BMS控制電池的充放電過程，優(yōu)化充電策略，提高充電效率，減少能量損失，并確保電池在安全的條件下放電。

6.熱管理 ：BMS監(jiān)控電池的溫度，并根據(jù)需要調(diào)節(jié)電池的冷卻或加熱系統(tǒng)，以維持電池在最佳工作溫度范圍內(nèi)，防止過熱導(dǎo)致的性能下降或安全風(fēng)險。

7.通信與數(shù)據(jù)記錄 ：BMS通過通信接口與外部設(shè)備（如車輛控制系統(tǒng)、充電設(shè)備等）交換信息，并記錄電池的歷史數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)，便于分析和維護(hù)。

8.遠(yuǎn)程監(jiān)控 ：現(xiàn)代BMS系統(tǒng)支持遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，允許用戶或維護(hù)人員通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時獲取電池狀態(tài)信息，并進(jìn)行必要的控制和調(diào)整。

審核編輯：黃飛