監(jiān)測(cè)電池組中每個(gè)單電池的電壓對(duì)確定電池組的整體健康狀況是必不可少的。所有單電池都有一個(gè)工作電壓窗口，充電/放電應(yīng)當(dāng)在此期間進(jìn)行，以確保正常工作和電池壽命。如果一個(gè)應(yīng)用使用的是鋰離子化學(xué)電池，則典型工作電壓范圍為2.5V - 4.2V。電壓范圍取決于化學(xué)過程。使電池工作電壓超出電壓范圍會(huì)顯著縮短單電池的壽命，并可能使得該單電池失效。

單電池通過串聯(lián)或并聯(lián)方式形成電池組。并聯(lián)會(huì)增加電池組的電流，串聯(lián)會(huì)增加總電壓。單電池的性能遵循下面的分布：當(dāng)時(shí)間等于零時(shí)，電池組中單電池的充電和放電速度相同。由于每個(gè)單電池都是交替進(jìn)行充放電，所以每個(gè)單電池的充電和放電速度存在差異，這會(huì)導(dǎo)致在電池組上的擴(kuò)散性分布。確定電池組是否已充電的簡(jiǎn)單方法是，按照設(shè)定電壓水平監(jiān)視每個(gè)單電池的電壓。第一個(gè)達(dá)到該電壓限值的單電池電壓會(huì)使電池組充電限值脫扣。電池組包含弱于平均值的單電池會(huì)導(dǎo)致最弱單電池首先達(dá)到限值，從而阻礙其余單電池充滿電。如前所述，充電方案不能使電池組每次充電的ON時(shí)間達(dá)到最大化。充電方案會(huì)因?yàn)樾枰喑潆姾头烹娧h(huán)而縮短電池組的壽命。較弱的單電池放電速度較快。這種情況也會(huì)出現(xiàn)在放電周期。較弱的單電池會(huì)首先達(dá)到過放電門限值關(guān)斷，使得其余單電池仍有剩余電荷。

圖 SEQ Figure * ARABIC 3：此圖顯示了不同類型的單電池平衡：(a)使用旁路單電池平衡FET來(lái)減慢單電池在充電周期的充電速度。(b)在放電周期內(nèi)使用主動(dòng)平衡從強(qiáng)單電池“偷取”電荷并將該電荷給予弱單電池。

改善電池組每次充電的ON時(shí)間有兩種方法。第一種方法是在充電周期內(nèi)減慢對(duì)最弱單電池的充電速度。具體做法是將一個(gè)旁路FET與單電池上的電流限制電阻器相連接，參見圖3(a)。這會(huì)從具有最高電流的單電池分流電流，使得該單電池充電速度下降，相對(duì)地提高其他單電池的充電速度。最終目的是使電池組的蓄電量達(dá)到最大化。這是通過使所有單電池同時(shí)達(dá)到滿充門限值來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

采用電荷移動(dòng)方案可使電池組在放電周期實(shí)現(xiàn)平衡，具體做法是通過電感耦合或電容性儲(chǔ)存從強(qiáng)的電池取得能量，并將儲(chǔ)存的電能注入最弱的單電池。這會(huì)減慢最弱單電池達(dá)到放電門限值的速度。該過程稱為主動(dòng)平衡，參見圖3(b)。

溫度監(jiān)測(cè)

現(xiàn)在的電池可輸出大電流并保持恒定電壓。這會(huì)導(dǎo)致失控（runaway）情況的出現(xiàn)，引起電池著火。用于制造電池的化學(xué)物質(zhì)是高度不穩(wěn)定的。用某些東西刺穿電池會(huì)使電池著火。溫度測(cè)量不只出于安全考慮，還可用于確定溫度是否適合電池充電或放電。

溫度傳感器負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)（ESS）應(yīng)用中的每個(gè)單電池，或者更小、更便攜的應(yīng)用中的一組單電池的溫度。通常使用由內(nèi)部ADC電壓基準(zhǔn)供電的熱敏電阻來(lái)監(jiān)測(cè)每個(gè)電路的溫度。內(nèi)部電壓基準(zhǔn)用于降低溫度讀數(shù)相對(duì)環(huán)境溫度變化的不準(zhǔn)確性。

狀態(tài)機(jī)或算法

大多數(shù)BMS系統(tǒng)都需要使用微控制器或FPGA來(lái)管理來(lái)自感測(cè)電路的信息，然后用收到的信息做出決定。有少數(shù)產(chǎn)品（如ISL94203）包含相關(guān)算法，具有一定的可編程性，以數(shù)字方式支持實(shí)現(xiàn)采用單芯片的獨(dú)立解決方案。獨(dú)立解決方案還能很好地與微控制器配合使用，因?yàn)楠?dú)立解決方案的狀態(tài)機(jī)可用于釋放MCU時(shí)鐘周期和內(nèi)存空間。

其他BMS構(gòu)塊

其他BMS功能塊包括電池認(rèn)證、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、內(nèi)存和菊鏈。實(shí)時(shí)時(shí)鐘和內(nèi)存用于黑箱應(yīng)用。實(shí)時(shí)時(shí)鐘用作時(shí)戳，內(nèi)存用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。這可以讓用戶知道電池組在災(zāi)難事件前的行為。電池認(rèn)證功能塊用于防止BMS電子系統(tǒng)連接至第三方電池組。電壓基準(zhǔn)/穩(wěn)壓器用于為BMS系統(tǒng)的外圍電路供電。最后，菊鏈電路用于簡(jiǎn)化不同器件之間的連接。菊鏈功能塊可消除了對(duì)光耦或其他電平位移電路的需要。

結(jié)束語(yǔ)

電池管理系統(tǒng)架構(gòu)可使用許多功能塊和設(shè)計(jì)技術(shù)。認(rèn)真考慮電池要求和電池壽命目標(biāo)有助于確定合適的架構(gòu)、功能塊和相關(guān)集成電路，進(jìn)而創(chuàng)建電池管理系統(tǒng)和充電方案，以優(yōu)化電池壽命。

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