現在的電子設備具有更高的移動性并且比以前更綠色，電池技術進步推動了這一進展，并惠及了包括便捷式電動工具、插電式混合動力車、無線揚聲器在內的廣泛產品。近年來，電池效率（輸出功率/尺寸比）和重量均出現大幅改善。試想一下汽車電池得多龐大和笨重，其主要用途是啟動汽車。隨著技術的最新進展，你可以改用鋰離子電池來迅速啟動汽車，其重量只有幾磅，尺寸也就人手那么大。
電池技術的不斷變化促使許多新手學習如何設計電池管理系統。本文提供了有關電池管理系統（BMS）架構的初學者指南，討論了主要功能塊，并解釋了每個功能塊對BMS系統的重要性。
圖 SEQ Figure * ARABIC 1：電池管理系統（BMS）功能塊的簡化示意圖。
電池管理系統架構
電池管理系統（BMS）通常包含若干功能塊，如：FET驅動、電流監控、單電池電壓監視器、單電池電壓均衡、實時時鐘、溫度監控和狀態機。市場上有多種類型的BMS IC。從簡單的模擬前端（如提供均衡和監測功能并需要微控制器的ISL94208）到自主運行的獨立集成解決方案（如ISL94203），功能塊的分組存在很大差異。現在我們來看每個功能塊的用途和所使用的技術，以及每種技術的優缺點。
關斷FET和FET驅動器
FET驅動器功能塊負責電池組的連接以及負載與充電器之間的隔離。FET驅動器的行為可根據單電池電壓測量值、電流測量值和實時檢測電路進行操控。圖2（a） 和 2（b）描述了負載與充電器及電池組之間的兩種不同FET連接。
圖 SEQ Figure * ARABIC 2：不同連接的截止FET原理圖：（a）負載與充電器之間的單一連接，（b）允許同時充電和放電的二端子連接。
圖2（a）需要最少的電池組連接數，且電池組工作模式限于充電、放電或休眠。電流方向和具體實時檢測的行為決定了器件的狀態。例如，ISL94203有一個CHMON，用于監測截止FET右側上的電壓。如果充電器已連接且電池組與之隔離，則注入電池組的電流將使電壓上升至充電器的最大供電電壓。這時，CHMON所在位置的電壓電平升高（tripped），讓BMS器件知道已連接充電器。負載連接是通過以下方式來確定的：向負載方向注入電流，以確定負載是否存在。如果引腳所在位置的電壓在電流注入時沒有顯著上升，則表明負載還在。然后FET驅動器的DFET繼續斷開。圖2（b）的連接方案允許電池組在充電時可以支持放電工作。
可以設計FET驅動器來連接至電池組的高端或低端。高端連接需要一個電荷泵驅動器來激活NMOS FET。使用高端驅動器可使電路其余部分具有穩固的接地基準。低端FET驅動器連接見于一些集成解決方案，用以降低成本，因為這時無需電荷泵。低端連接也不需要高電壓器件，它會占用更大的芯片面積。在低端上截止FET會使電池組的接地點連接浮接，使之易受注入測量的噪聲的影響——這會影響一些IC的性能。
電量計 / 電流測量
電量計功能模塊負責記錄流入和流出電池組的電荷。電荷是電流與時間之積。設計電量計時可使用多種不同的技術。測量電流的方法之一是使用電流感測放大器和帶有嵌入式低分辨率ADC的MCU。電流運算放大器在高共模環境中工作，它負責放大分流器上差分信號，以支持更高的測量分辨率。這種設計技術以犧牲動態范圍為代價。其他技術使用高分辨率ADC，或昂貴的電量計IC。了解負載行為的電流消耗-時間關系可確定電量計設計的最佳類型。
最準確和經濟的解決方案是使用具有低漂移和高共模額定值的16位或更高分辨率ADC來測量感測電阻器上的電壓。高分辨率ADC提供大的動態范圍，但以犧牲速度為代價。如果電池連接到不規則荷載，如電動車，則慢速ADC有可能錯過流向負載的高振幅和高頻電流尖峰。對于不規則荷載，使用可能帶有電流運算放大器前端的SAR ADC可能更為理想。任何偏移誤差都會影響總誤差（以電池電荷數量來衡量）。隨著時間的推移，測量誤差會造成嚴重的充電狀態電池組誤差。在測量電荷時，50uV 或更小的測量偏移在 16位分辨率就足夠。
單電池電壓和最大限度延長電池壽命
監測電池組中每個單電池的電壓對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工作電壓窗口，充電/放電應當在此期間進行，以確保正常工作和電池壽命。如果一個應用使用的是鋰離子化學電池，則典型工作電壓范圍為2.5V - 4.2V。電壓范圍取決于化學過程。使電池工作電壓超出電壓范圍會顯著縮短單電池的壽命，并可能使得該單電池失效。
電池網微信
