單電池通過(guò)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(mǎn)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(guò)放電門(mén)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(lèi)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(jiàn)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(guò)使所有單電池同時(shí)達(dá)到滿(mǎn)充門(mén)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(guò)電感耦合或電容性?xún)?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(mén)限值的速度。該過(guò)程稱(chēng)為主動(dòng)平衡，參見(jiàn)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(hù)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?xún)?yōu)化電池壽命。
關(guān)于作者：
Ryan Roderick是Intersil公司精密產(chǎn)品事業(yè)部的首席電氣工程師。加入Intersil之前，Ryan在Analog Devices Inc. （ADI）擔(dān)任電氣工程師，在ADI 的先進(jìn)線(xiàn)性產(chǎn)品事業(yè)部從事多項(xiàng)技術(shù)工作。在此前，他在Biode， Inc.擔(dān)任設(shè)計(jì)工程師，致力于研究壓電傳感器在水及其他液體環(huán)境中的使用。Ryan擁有緬因大學(xué)的電子工程學(xué)士和電子工程碩士學(xué)位。他持有技術(shù)專(zhuān)利，是一篇IEEE論文的共同作者，并在行業(yè)雜志上發(fā)表了多篇文章。
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