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电池管理系统（BMS）：确保电池安全和优化性能的关键

泰然健康网
2025-05-09 08:16

随着电池供电设备在过去十年中逐渐普及，对其安全性的要求也日益严格。为了确保电池的安全使用和性能优化，电池管理系统（BMS）成为不可或缺的一部分。BMS可以监测电池的状态和可能发生的故障情况，并提供精确的电池充电状态和健康状况估计。设计恰当的BMS不仅对于安全至关重要，而且对于提高客户满意度也起到了关键作用。

设计精确的BMS是关键
BMS的主要目标是实现电池组的精确SOC和SOH估算。而实现这一目标并不仅仅依赖于采用具有高精度的AFE（模拟前端）来测量各种参数。更重要的是电量计（Coulomb Counter）的电池模型和算法，它们决定了估算的精确度。电量计通过内部算法运行复杂的计算，利用电压、电流和温度测量值与存储在其内存中的电池模型之间的关系，计算出SOC和SOH。因此，高精度的电量计对于BMS的精确估算至关重要。

电压电流同步读取提高准确性
为了实现更准确的SOC估算，电池的等效串联电阻（ESR）的实时估算非常重要。同步读取电压和电流可以帮助电量计精确估算ESR的值，从而提高SOC估算的准确性。相比于非同步读取方式，同步读取方式下的SOC误差更低。

AFE的故障控制能力
AFE在BMS中的重要任务之一就是保护电路的控制。通过检测故障情况并直接控制保护器件，AFE可以确保系统和电池的安全。与之相比，通过MCU控制故障响应需要更长的响应时间，并增加了固件的复杂性。综合考虑，使用具备故障控制能力的AFE作为一级保护机制，而将MCU作为二级保护机制，可以实现更高级别的安全性和稳健性。

高边电池保护与低边电池保护
为了实现电池组的保护，断路器通常采用N沟道MOSFET。但是，将保护器件置于高边或低边对于系统设计来说是个重要的决策。高边配置可确保良好的接地参考，并避免潜在的安全和通信故障。然而，N沟道MOSFET置于高边时，其栅极驱动电压必须高于电池组电压，这对设计者来说是一个挑战。将电荷泵集成到AFE中可以解决这个问题，但同时也增加了总体成本和功耗。低边配置不需要电荷泵，但实现有效的通信更加困难。综合考虑，高边架构是一个既能提供强大保护功能，又能最大限度减少成本和尺寸的选择。

电池均衡功能延长电池寿命
对于由多个串联和并联的电池组成的电池组，每个电池的行为可能会有所不同。通过定期进行电池均衡，即将电量较多的电池放电直到所有电池达到相同的电荷水平，可以延长电池寿命。被动均衡是电池均衡最常用的方法之一。MP279x系列AFE中集成的被动电池均衡功能可以帮助设计人员简化电路，提高系统效率。

电池管理系统（BMS）在电池供电设备中发挥着至关重要的作用，确保电池的安全使用和性能优化。通过设计精确的BMS、实现电压电流同步读取、使用具备故障控制能力的AFE、选择合适的电池保护位置以及使用电池均衡功能，可以实现更高水平的安全性和稳定性，延长电池的寿命，提升用户体验。

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