如今，锂离子电池占据主导地位，能量密度高达 265 Wh/kg。然而，如果它们承受过大的压力，它们确实有偶尔发生爆炸和燃烧的新闻。这就是为什么电池需要电池管理系统 (BMS) 来控制它们。
在本文中，我们将讨论 BMS 概念的基础知识，并讨论构成典型 BMS 的几个基本部分。
BMS基本配置
在图 1 中，我们看到了 BMS 在发挥防止重大电池故障功能时的基本框图。
图 1.典型 BMS 框图
此示例 BMS 可以处理四个串联的锂离子电池。电池监视器读取所有电池电压并平衡它们之间的电压：此功能称为平衡（稍后会详细介绍）。这由处理遥测数据以及开关操作和平衡策略的 MCU 控制。
实际上，市场为更简单的设计提供了不同的解决方案，包括没有平衡的单节电池或 MCU，如图 2 所示。
图 2.一个简单的电池管理器。图片由德州仪器提供
这些更简单的系统的缺点是设计人员必须使用给定部件提供的功能（例如，高侧或低侧开关）而无需定制。
当使用更多电池时，需要一个平衡系统。存在无需 MCU 仍能正常工作的简单方案，如图 3 所示。
图 3. 独立于 MCU 的电池平衡器。图片由德州仪器提供
当使用更大的电池组或任何需要串联电池或电量计计算的东西时，需要一个 MCU。集成度最高（因此成本最低）的解决方案是图 4 中的解决方案。
图 4. 商用 BMS。图片由瑞萨电子提供
这是一个 BMS，它使用具有专有固件的 MCU，运行所有相关的电池相关功能。
构建模块：电池管理系统组件
回顾图 1，了解对 BMS 至关重要的基本部分。现在，让我们更详细地浏览一下图 4 的主要部分，以了解 BMS 框图中涉及的各种元素。
保险丝
当发生剧烈短路时，需要对电芯进行快速保护。在图 5 中，您可以看到所谓的自控保护器 (SCP) 保险丝，它意味着在过压情况下由过压控制 IC 熔断，将引脚 2 驱动至接地。
图 5. 商用 BMS 的 SCP 熔断器和控制
MCU 可以传达保险丝熔断的情况，这就是为什么 MCU 电源必须在保险丝之前。
电流感应/库仑计数
这里实现了低端电流测量，允许直接连接到 MCU。
图 6. 商用 BMS 的典型低电流检测
保持时间参考并随时间积分电流，我们获得进入或离开电池的总能量，实现库仑计数器。换句话说，我们可以使用以下公式估算充电状态（SOC，不要与片上系统混淆）：
其中
- SOC（t0）是初始 SOC（以 Ah 为单位）
- Crated是额定容量（Ah）
- Ib是电池电流
- Iloss考虑到细胞反应损失
τ 是电流样本的平均周期热敏电阻
温度传感器，通常是热敏电阻，用于温度监测和安全干预。
在图 7 中，您可以看到控制过压控制 IC 输入的热敏电阻。这会在没有 MCU 干预的情况下人为地熔断 SCP（图 5 中所示的保险丝）。
图 7. 热敏电阻可以控制 SCP，以防出现严重的热问题
图 8 显示了另外两个用于遥测的热敏电阻。
图 8. 固件使用的热敏电阻
主开关
为了充当开关，MOSFET 需要它们的漏源电压为Vds≤Vgs−Vth. 线性区的电流为，使开关的电阻.
驱动电压Vgs很重要，因此，以确保低电阻，因此低损耗。
图 9. 电池组主开关（NMOS，高侧）
NMOS 类型也通过电荷泵用于高端开关，因为它们通常具有较低的Rdson.
平衡器
电池单元在其容量和阻抗方面具有容差。因此，在多个循环中，电荷差异会在串联电池之间累积。
如果一组较弱的电池容量较小，与其他串联电池相比，它的充电速度会更快。因此，BMS 必须阻止其他电池充电，否则较弱的电池将过度充电，如图 10 所示。
图 10. 阻碍电池组完全充电的低容量电池。图片由ADI 公司提供
相反，电池可以更快地放电，从而使电池有可能低于其最低电压。在这种情况下，没有平衡器的 BMS 必须提前停止供电，如图 11 所示。
图 11. 低容量电池阻碍了完整电池组能量的使用。图片由ADI 公司提供
类似图 12 中的电路将在其他串联电池的水平上对具有较高 SOC（充电状态）的电池进行放电，如图 10 所示。这是通过使用称为电荷分流的被动平衡方法来实现的。
图 12.被动平衡策略示例
因为电流流过处于导通状态的晶体管并通过 R 耗散，并且因为电压参考是 CELL1（负极），所以只有这样的电池才会释放其多余的能量。