不同應用場景對BMS的需求差異較大。在消費電子領域(如智能手機),BMS高度集成化,芯片面積只幾平方毫米,側重基礎保護與充放電操作;而在新能源汽車中,BMS需管理數百節電芯,支持ISO26262功能安全標準(ASIL-C/D等級),并與整車作用器(VCU)、電機作用器(MCU)實時通信,實現能量回收(制動時回收功率可達100kW)與動態功率限制(如低溫下限制放電電流防止析鋰)。儲能電站的BMS則面臨更大規模挑戰:一個20英尺集裝箱式儲能系統可能包含上千節電芯,BMS需采用分層架構——從控單元(Slave)管理單簇電池,主控單元(Master)協調整個系統,同時支持Modbus/TCP或CAN總線與電網調度系統交互。技術難點集中在電芯一致性維護(容量差異需操作在1%以內)與循環壽命優化(目標25年運營周期)。此外,熱失控防護是BMS設計的非常終挑戰:當某節電芯發生內短路時,BMS需在毫秒級時間內切斷故障區域,并觸發滅火裝置,同時通過多層隔熱材料阻斷熱擴散鏈式反應。 當溫度異常升高(如超過 60℃),立即切斷充放電回路,防止熱失控。新型BMSIC
從架構角度而言,BMS主要分為集中式和分布式兩種拓撲結構。集中式BMS通過一個硬件設備采集所有電池的數據,這種架構成本較低、結構緊湊且可靠性較高,適用于電池數量較少、容量較低、總電壓不高以及小型電池系統的場景,如電動工具、機器人(搬運機器人、助力機器人)、智能家居中的掃地機器人和電動吸塵器、電動叉車、低速電動車(電動自行車、電動摩托車、電動觀光車、電動巡邏車、電動高爾夫球車等)以及輕度混合動力汽車等。集中式BMS硬件可劃分為高壓區和低壓區,高壓區負責采集單電池電壓、系統總電壓以及監測絕緣電阻;低壓區則涵蓋電源電路、CPU電路、CAN通信電路、操控電路等。隨著乘用車動力電池系統朝著高容量、高總電壓和大體積方向發展,分布式BMS逐漸成為主流,特別是在插電式混合動力和純電動汽車中應用綜合。分布式系統將測量單元等電子設備直接安裝在與單電池集成的電路板上,其優勢明顯,具有極高的可擴展性,可細化到單個電池;連接可靠性高,幾乎不存在過長電纜,電池與測量電路緊密結合,減少了干擾和誤差,安全性也隨之提高;維護便捷,當某個小單元出現故障時,只需更換該單元即可。不過,其缺點是成本高昂,每個單元都需額外配備一套設備。 儲能BMS電池管理系統保護方案BMS主要功能包括電池狀態監測(電壓/溫度/電流)、充放電控制、均衡管理、故障保護和通信交互。
電池保護板的自身參數,比如自耗電分為工作自耗電和靜態(睡眠)自耗電,保護板自耗電的電流一般是ua級別。工作自耗電電流較大,主要為保護芯片、mos驅動等消耗。保護板的自耗電太大會過多消耗電池電量,如果長時間擱置的電池,保護板自耗電可能導致電池虧電。自耗電和內阻等,他們不起保護作用,但是對電池的性能是有影響的。保護板的主回路內阻也是一個很重要的參數,保護板的主回路內阻主要來源于pcb板上鋪設阻值,mos的阻值(主要)和分流電阻的阻值。在保護板進行充放電時,特別是mos部分,會產生大量的熱,因此一般保護板的mos上都需要貼一大塊的鋁片用于導熱和散熱。除了這些基本功能以外,保護板還有各種各樣的附加功能(如均衡),特別是帶軟件的保護板,功能更是異常豐富,比如藍牙、wifi、GPS、串口、CAN等應有盡有,再高階一點,就成了電池管理系統了(BMS)。
電池管理系統(BMS)的均衡技術主要分為被動均衡和主動均衡兩大類,用于解決電池組內單體性能差異問題。被動均衡屬于能量耗散型,當檢測到某單體電壓過高時,通過導通開關管讓并聯電阻消耗其多余電量,直至與其他單體電壓一致。其優勢是結構簡單、成本低、可靠性高,適合消費電子、低速電動車等中小容量電池組,但能量以熱能浪費,效率低且均衡速度慢,適用于小電流場景。主動均衡則是能量轉移型,通過不同介質實現電量調配,具體包括電容式、電感式、變壓器式和 DC/DC 變換器式等。電容式利用電容在高低壓單體間切換傳遞能量,響應快但單次轉移量少;電感式通過電感充放電轉移能量,效率 70%-80%,但體積較大且有電磁干擾;變壓器式借助多繞組變壓器實現多單體同時均衡,效率 80%-90%,不過設計復雜、成本高;DC/DC 變換器式通過雙向通道將高電壓單體能量轉移到總線再分配,效率超 90%,適合電動汽車等場景,但電路算法復雜。總體而言,被動均衡因低成本適用于簡單場景,而主動均衡尤其是結合智能策略的方案,正逐步成為主流,能動態調整均衡強度,提升電池組壽命,廣泛應用于大容量、高要求的設備中。BMS被動均衡技術先于主動均衡在電動市場中應用,技術也較為成熟。
BMS的均衡管理旨在解決電池組中單體電池因生產差異和使用損耗導致的電壓、容量、內阻不一致問題,通過主動干預使各單體趨于一致,避免部分電池過度充放以延長整組壽命。其實現基于不均衡產生的根源,采用被動均衡和主動均衡兩種中心方式:被動均衡通過“削峰填谷”,在每個單體電池旁并聯“均衡電阻+開關管”,當某單體電壓超過閾值時,導通開關管讓過高能量以熱量形式釋放,直至電壓與其他單體一致,雖結構簡單、成本低,但能量浪費且均衡速度慢,適合低容量場景;主動均衡則通過能量轉移,利用電容、電感或DC-DC轉換器等將單體能量轉移到低壓單體,能量利用率達80%-95%,如DC-DC轉換式會先識別高低壓單體組,再將單體電能轉換為適配低壓單體的電壓并定向輸送,雖硬件復雜、成本高,但均衡速度快、能明細延長電池壽命,適用于新能源汽車等場景。均衡管理并非時刻運行,而是在充電后期、靜置時或單體電壓差超過設定閾值時觸發,以不影響正常充放電且修復差異,隨著技術發展,主動均衡結合AI算法的預測性均衡將進一步提升電池組可靠性與壽命。BMS系統保護板能夠確保電池組內各節電池的壓差不大,提高電池組的充放電性能,使動力輸出更加穩定和高效。貿易BMS電池管理系統效果
在儲能系統中,BMS負責監控電池的狀態,確保電池的安全運行,并與儲能監控系統通信,實現對電池的管理。新型BMSIC
儲能BMS主動均衡和被動均衡的區別主要有能量的方式、啟動均衡條件、均衡電流、成本等,具體區別如下:能量的方式:主動均衡-主動采用儲能器件,將荷載較多能量的電芯部分能量轉移到能量較少的電芯上,是能量的轉移。被動均衡運用電阻,將高荷電電量電芯的能量消耗掉,減少不同電芯之間差距,是能量的消耗。啟動均衡條件:只要壓差大于設定值便開始啟動主動均衡,均衡時間一般是24小時都在工作。在電池快接近充滿的電壓下才啟動被動放電均衡,均衡時間一般就幾個小時。均衡電流:主動均衡電流可達1-10A,充放電過程均可實現,均衡效果明顯。被動均衡電流35mA-200mA不等,均衡電流越大,發熱越嚴重。成本:主動均衡電路復雜,故障率高,成本高。被動均衡軟硬件實現簡單,成本低。 新型BMSIC