在當(dāng)今科技飛速發(fā)展的時(shí)代，電池作為各種電子設(shè)備和交通工具的重要能源來源，其性能和安全性至關(guān)重要。而電池管理系統(tǒng)（BMS）在其中扮演著不可或缺的角色。

隨著智能手機(jī)、電動(dòng)汽車等設(shè)備的廣泛普及，人們對(duì)電池的續(xù)航能力、安全性和可靠性提出了更高的要求。電池管理系統(tǒng)正是為了滿足這些需求而誕生的。它能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控電池的狀態(tài)，確保電池在安全的范圍內(nèi)運(yùn)行，延長(zhǎng)電池的使用壽命，提高設(shè)備的整體性能。

例如，在電動(dòng)汽車領(lǐng)域，電池管理系統(tǒng)能夠精確地監(jiān)測(cè)電池的電量、電壓、溫度等參數(shù)，為駕駛員提供準(zhǔn)確的續(xù)航里程信息。同時(shí)，它還能在電池出現(xiàn)異常情況時(shí)及時(shí)采取保護(hù)措施，防止電池過熱、過充、過放等問題，保障車輛和乘客的安全。

在儲(chǔ)能系統(tǒng)中，電池管理系統(tǒng)可以對(duì)大量的電池進(jìn)行集中管理，實(shí)現(xiàn)電池的均衡充電和放電，提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的效率和可靠性。

總之，電池管理系統(tǒng)在現(xiàn)代生活中起著至關(guān)重要的作用，它的功能也日益受到人們的關(guān)注。接下來，我們將詳細(xì)探討電池管理系統(tǒng)的具體功能。

二、BMS 的基本概念

電池管理系統(tǒng)（Battery Management System，簡(jiǎn)稱 BMS）是電池與用戶之間的重要紐帶，主要對(duì)象是二次電池，在現(xiàn)代生活中有著廣泛的適用范圍，可用于電動(dòng)汽車、電瓶車、機(jī)器人、無人機(jī)等設(shè)備。它是一套管理、控制、使用電池組的系統(tǒng)，主要作用是提高電池的利用率，防止電池出現(xiàn)過度充電和過度放電，延長(zhǎng)電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)。

BMS 就像是電池組的 “大腦”，實(shí)時(shí)監(jiān)控著電池的各種狀態(tài)參數(shù)。在電動(dòng)汽車領(lǐng)域，它精確地監(jiān)測(cè)電池的電量、電壓、溫度等參數(shù)，為駕駛員提供準(zhǔn)確的續(xù)航里程信息，保障車輛和乘客的安全。在儲(chǔ)能系統(tǒng)中，BMS 可以對(duì)大量的電池進(jìn)行集中管理，實(shí)現(xiàn)電池的均衡充電和放電，提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的效率和可靠性。

BMS 的適用范圍非常廣泛，幾乎所有用電池供電的設(shè)備都可以配備 BMS。例如手機(jī)電池、充電寶、電腦電池、手電電池、所有電動(dòng)車、太陽能電池、汽車、玩具車、電動(dòng)平衡車及滑板車、電池電源的無人機(jī)、無線電設(shè)備等。對(duì)于一些生命周期短的一次性設(shè)備，雖然使用 BMS 的成本較大，但為了安全考慮，有時(shí)也會(huì)使用 BMS。

總之，BMS 在現(xiàn)代生活中起著至關(guān)重要的作用，它的適用范圍廣泛，能夠滿足不同設(shè)備對(duì)電池管理的需求。

三、BMS 的主要功能

（一）過充保護(hù)

電池在充電過程中，如果超過安全電壓范圍頂點(diǎn)繼續(xù)充電，可能會(huì)引發(fā)一系列危險(xiǎn)情況。BMS 的過充保護(hù)功能就如同一位嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖刈o(hù)者，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池組的電壓。當(dāng)充電到安全電壓范圍頂點(diǎn)時(shí)，它會(huì)迅速切斷電源，維護(hù)電池的安全秩序。例如，就像在 “何為 BMS? 它有啥用？|bms | 電池壽命 | 電池組 | 電源 | 鋰電池 - 手機(jī)網(wǎng)易網(wǎng)” 中提到的，鋰電池在充電時(shí)，鋰原子涌向 “安全屋”，當(dāng)安全屋住滿鋰離子后繼續(xù)充電會(huì)產(chǎn)生許多不確定的危險(xiǎn)，而保護(hù)板的過充保護(hù)功能會(huì)在此時(shí)發(fā)揮作用，切斷電源，避免危險(xiǎn)發(fā)生。同時(shí)，在 “什么是電池過充保護(hù) - 探電紀(jì)” 中也詳細(xì)闡述了過充保護(hù)的重要性，過充可能導(dǎo)致電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)不穩(wěn)定，引發(fā)熱失控、爆炸或縮短使用壽命。過充保護(hù)功能不僅能提高電池的安全性，還能延長(zhǎng)電池的使用壽命，確保電池在安全的范圍內(nèi)運(yùn)行。

（二）過放保護(hù)

電池在放電過程中，電壓會(huì)逐漸下降，當(dāng)電池的電壓完全耗盡時(shí)，電池的內(nèi)部材料會(huì)失去活性，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致電池失效。BMS 的過放保護(hù)功能會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池組的電壓，一旦放電到電池的過放電壓，就會(huì)立即切斷電源，防止電壓繼續(xù)下降。例如在 “bms 有什么作用？- 汽車之家” 中提到，鋰電池在放電的過程中，如果電全部放完耗盡，內(nèi)部化學(xué)材料就會(huì)失去活性，導(dǎo)致充不進(jìn)電或容量下降，而保護(hù)板的過放保護(hù)功能可以在這種情況下切斷電源，起到保護(hù)作用。過放保護(hù)功能可以有效避免電池因過度放電而損壞，確保電池在合理的電壓范圍內(nèi)工作，延長(zhǎng)電池的使用壽命和保持其性能穩(wěn)定。

（三）過流保護(hù)

在大電流情況下，電池和設(shè)備可能會(huì)受到損壞。BMS 的過流保護(hù)功能在充放電過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池組的電流，當(dāng)電流超過安全范圍時(shí)，迅速切斷電流的經(jīng)過，起到保護(hù)作用。比如在 “何為 BMS? 它有啥用？|bms | 電池壽命 | 電池組 | 電源 | 鋰電池 - 手機(jī)網(wǎng)易網(wǎng)” 中，當(dāng)鋰電池給負(fù)載供電時(shí)，如果負(fù)載增大導(dǎo)致電流超過安全范圍，保護(hù)板的過流保護(hù)功能就會(huì)發(fā)揮作用，防止電流過大損壞電池或設(shè)備。過流保護(hù)功能可以確保電池在安全的電流范圍內(nèi)運(yùn)行，避免因大電流而引發(fā)的過熱、損壞等問題，提高電池和設(shè)備的安全性和可靠性。

（四）短路保護(hù)

在極短時(shí)間內(nèi)，短路可能會(huì)對(duì)電池造成嚴(yán)重?fù)p壞。BMS 的短路保護(hù)功能在鋰電池短路時(shí)（如接錯(cuò)線、搭錯(cuò)線、進(jìn)水等原因），會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)切斷電流，防止因短路對(duì)電池造成損壞。例如在 “一種 BMS 短路保護(hù)的方法、裝置及產(chǎn)品與流程 - X 技術(shù)” 中提到，當(dāng)負(fù)載接入時(shí)，如果放電電流大于預(yù)設(shè)電流閾值，BMS 會(huì)關(guān)斷放電開關(guān)；在延時(shí)時(shí)間后再次打開放電開關(guān)對(duì)負(fù)載充電，若放電電流在反應(yīng)時(shí)間內(nèi)再次大于預(yù)設(shè)電流閾值，會(huì)關(guān)斷放電開關(guān)并記錄關(guān)斷次數(shù)，反復(fù)判斷是否為真短路，有效避免了大容性負(fù)載接入時(shí)觸發(fā)短路保護(hù)快速切斷放電回路的假短路情況，提升了 BMS 容性負(fù)載帶載能力。短路保護(hù)功能可以迅速應(yīng)對(duì)短路情況，保護(hù)電池免受嚴(yán)重?fù)p壞，提高電池的安全性。

（五）準(zhǔn)確估測(cè) SOC

準(zhǔn)確估測(cè)電池剩余電量（SOC）是 BMS 的重要功能之一。SOC 反映了電池的剩余容量，其數(shù)值上定義為剩余容量占電池容量的比值。例如在 “電池 SOC 是什么意思，電池 SOC 估算方法是怎么樣的？- 嗶哩嗶哩” 中提到，SOC 簡(jiǎn)單地說就是電池還剩下多少電，是 BMS 系統(tǒng)中最重要的參數(shù)。準(zhǔn)確估測(cè) SOC 可以保證 SOC 維持在合理范圍，防止過充過放。通過各種估算方法，如內(nèi)阻 SOC 計(jì)算公式方法、安時(shí)積分 SOC 計(jì)算公式方法、融合算法、模糊邏輯方法和基于電池性能的 SOC 估計(jì)法等，可以有效地估算電池的 SOC。準(zhǔn)確估測(cè) SOC 還能為用戶顯示剩余能量，例如在電動(dòng)汽車中，估算續(xù)航里程，提升電池利用效率和安全性能。

（六）動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

在充放電過程中，BMS 實(shí)時(shí)采集電池參數(shù)，包括電壓、電流、溫度等。通過動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，可以防止過充過放，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電池的異常情況。例如，BMS 可以根據(jù)監(jiān)測(cè)到的參數(shù)判斷電池是否處于安全狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常時(shí)采取相應(yīng)的保護(hù)措施。同時(shí)，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)還可以挑選出問題電池，對(duì)其進(jìn)行單獨(dú)處理，避免影響整個(gè)電池組的性能。此外，BMS 還能建立使用歷史檔案，記錄電池的充放電情況、溫度變化等信息，為電池的維護(hù)和管理提供依據(jù)。

（七）電池間的均衡

單體電池均衡充電對(duì)于電池組的性能至關(guān)重要。由于生產(chǎn)和使用過程中的不一致性，電池組中各個(gè)電池的狀態(tài)可能會(huì)有所不同。BMS 的均衡充電功能可以使電池組中各個(gè)電池達(dá)到均衡一致狀態(tài)。例如在 “淺析 BMS 保護(hù)機(jī)制及工作原理” 中提到，均衡管理的必要性來自于電池的生產(chǎn)和使用的不一致性，不同電池的容量不能完全一致，在充放電過程中電化學(xué)反應(yīng)也不同，因此需要進(jìn)行均衡管理。通過設(shè)定啟動(dòng)和結(jié)束均衡的閾值，如一組電池中，單體電壓極值與這組電壓平均值的差值達(dá)到一定值時(shí)啟動(dòng)均衡，差值縮小到一定值時(shí)結(jié)束均衡，實(shí)現(xiàn)電池組中各個(gè)電池的均衡充電，提高電池組的整體性能和使用壽命。

四、結(jié)論

電池管理系統(tǒng)（BMS）的各項(xiàng)功能對(duì)于電池的安全和性能具有極其重要的意義。

首先，過充保護(hù)、過放保護(hù)、過流保護(hù)和短路保護(hù)功能為電池構(gòu)筑了堅(jiān)實(shí)的安全防線。這些功能能夠及時(shí)檢測(cè)到電池在充放電過程中出現(xiàn)的異常情況，并迅速采取相應(yīng)的保護(hù)措施，有效防止了電池過熱、爆炸等危險(xiǎn)情況的發(fā)生，極大地提高了電池的安全性。同時(shí)，通過避免過度充放電和大電流對(duì)電池的損害，也延長(zhǎng)了電池的使用壽命。

準(zhǔn)確估測(cè) SOC 功能則為用戶提供了準(zhǔn)確的電池剩余電量信息，使得用戶能夠更好地掌握設(shè)備的使用情況，合理安排充電和使用時(shí)間。在電動(dòng)汽車等領(lǐng)域，準(zhǔn)確估算續(xù)航里程更是為用戶帶來了極大的便利，提升了用戶體驗(yàn)。此外，準(zhǔn)確估測(cè) SOC 還能保證電池在合理的充放電范圍內(nèi)工作，進(jìn)一步提高了電池的安全性和性能。

動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)功能實(shí)時(shí)采集電池參數(shù)，不僅能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)電池的異常情況，還能為電池的維護(hù)和管理提供依據(jù)。通過對(duì)電池狀態(tài)的持續(xù)監(jiān)測(cè)，BMS 可以及時(shí)采取保護(hù)措施，防止問題進(jìn)一步惡化。同時(shí)，建立使用歷史檔案也有助于對(duì)電池的性能進(jìn)行分析和評(píng)估，為后續(xù)的維護(hù)和改進(jìn)提供參考。

電池間的均衡功能則解決了電池組中單體電池不一致性的問題。通過均衡充電，使各個(gè)電池達(dá)到均衡一致狀態(tài)，提高了電池組的整體性能和使用壽命。這對(duì)于大規(guī)模電池組的應(yīng)用，如儲(chǔ)能系統(tǒng)和電動(dòng)汽車，尤為重要。

最后，BMS 的刷寫功能也為電池管理系統(tǒng)帶來了更多的可能性。通過刷寫新的固件，可以適應(yīng)技術(shù)升級(jí)，增加安全性和有效性，排查與修復(fù)故障，以及增加新功能。這使得 BMS 能夠始終保持在技術(shù)前沿，更好地滿足用戶的需求。

綜上所述，電池管理系統(tǒng)的功能對(duì)于保障電池的安全和性能至關(guān)重要。在未來，隨著電池技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用場(chǎng)景的不斷擴(kuò)大，BMS 的功能也將不斷完善和創(chuàng)新，為電子設(shè)備和交通工具的發(fā)展提供更加可靠的動(dòng)力支持。

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時(shí)間 2024/12/05

審核編輯 黃宇