如今，锂离子电池的能量密度最高可达265 Wh/kg。然而，他们确实有一个名声，就是当他们经历过度压力时，偶尔会爆发和燃烧所有的能量。这就是为什么它们通常需要电池管理系统(BMSs)来控制它们。
在本文中，我们将讨论BMS概念的基础知识，并遵循构成典型BMS的少数基础部分。
BMS的基本配置
在图1中，我们看到了BMS在提供防止主要电池故障功能时的基本模块。
图1。典型的BMS块图
该示例BMS可以在串联中处理四个锂离子电池。单元格监视器读取所有单元格电压并介绍其中的电压：此功能称为平衡（稍后更新）。这由MCU控制，该MCU处理遥测数据，以及交换机操纵和平衡策略。
在实践中，市场为更简单的设计提供了不同的解决方案，包括没有平衡或mcu的单个电池，如图2所示。
图2。一个简单的电池管理器。使用的图像礼貌德州仪器
这些简单系统的缺点是，设计师被绑定到给定的部件(例如，高侧开关或低侧开关)，而没有进行定制。
当使用更多的电池时，需要一个平衡系统。如图3所示，在没有MCU的情况下也能工作的简单方案。
图3。一个无关的单元格平衡器。使用的图像礼貌德州仪器
当使用更大的电池组或任何需要串联或燃料量计计算的电池的东西时，需要MCU。最集成的（和因此低成本）解决方案是图4中的一个。
图4。一个商业BMS。使用的图像礼貌瑞萨
这是一个使用运行所有相关电池相关功能的专有固件的MCU。
构建模块:电池管理系统组件
回顾图1以了解对BMS至关重要的基本部件的概述。现在，让我们更详细地通过图4的主要部分，以了解BMS块图中涉及的各种元素。
保险丝
当发生剧烈的短路时，电池单元需要快速保护。在图5中，您可以看到所谓的自控保护器（SCP）保险丝，这意味着在过电压的情况下通过过电压控制IC吹，驱动销2到地。
图5。SCP保险丝和控制商业BMS
MCU可以传达吹熔丝的状态，这就是为什么MCU电源必须在保险丝之前。
电流传感/库仑计数
这里实现了一个低侧电流测量，允许直接连接到MCU。
图6。典型的低电流感应商业BMS
随着时间的推移，保持时间参考并集成电流，我们获得了输入的总能量或离开电池，实现了库仑计数器。换句话说，我们可以通过使用以下公式来估计充电状态（SoC，不与系统上混淆）：
在哪里
- $$ SOC（T_0）$$是初始SOC（均为啊）
- $$ c_ {rated} $$是额定容量（均为啊）
- $$I_b$$为电池电流
- $$ I_ {LOAD} $$考虑到细胞反应损失
- τ为电流样本的平均周期
热敏电阻
温度传感器通常热敏电阻用于温度监测和安全干预。
在图7中，您可以看到一个控制过电压控制IC的输入的热敏电阻。如果没有MCU干预，则这是人为地吹过SCP（图5所示的保险丝）。
图7。热敏电阻可以控制SCP，以防严重的热问题
图8显示了两个用于遥测的热敏电阻。
图8。固件使用的热敏电阻
总开关
作为开关，mosfet需要其漏源极电压为$$V_{ds} \leq V_{gs} - V_{th}$$。线性区域内的电流为$$I_d = k \cdot (V_{gs} - V_{th}) \cdot V_{ds}$$，使开关电阻$$R_{MOS} = 1 / [k \cdot (V_{gs} - V_{th})]$$。
相应地推动$$ v_ {GS} $$以确保低电阻并因此降低损耗非常重要。
图9。电池包主开关(NMOS，高侧)
NMOS类型也被用于通过电荷泵的高侧开关，因为它们通常具有较低的$$R_{MOS}$$。
平衡器
电池的容量和阻抗有一定的公差。因此，在周期内，细胞之间的电荷差会不断累积。
如果一组较弱的细胞容量较少，它将与串联的其他相比较快收取。因此，BMS必须阻止其他细胞充电，否则较弱的细胞将过度收集，如图10所示。
图10。低容量的电池阻碍了电池组的充分充电。使用的图像礼貌模拟设备
相反，电池的放电速度更快，可能会使电池处于最低电压之下。在本例中，没有平衡器的BMS必须更早地停止电力传输，如图11所示。
图11。降低容量电池阻碍了全包能量的使用。使用的图像礼貌模拟设备
如图12中的一个这样的电路将以更高的SOC（充电状态）向电池放电，如图10所示的另一个单元串联的电平。这是通过使用称为电荷分流的被动方法来实现的。
图12。被动平衡策略的例子
因为电流在开状态流过晶体管并通过R耗散，并且因为电压参考单元1(一个负极)，只有这样的单元才会释放多余的能量。
本文主要介绍了电池管理系统的基本概念和设计中使用的基本部件。希望现在您已经更好地理解了电池管理系统要实现的目标以及如何在电源设计中使用它。
如果您有其他概念，您希望了解有关BMS设计的更多信息，请留言下面。
