第八章：电池管理系统控制

电池管理系统（BMS）虽然可能有许多其他名称，但它是电池组的中央控制单元。它本质上（从字面上看）是整个操作系统的“大脑”。BMS是几个组件系统的组合，包括主机或主控制器（印刷电路板（PCB））、一系列“从”控制板（取决于系统排版）、传感器和使所有组件协同工作的软件。有些人还扩展了BMS的定义，包括控制电子设备，如开关，保险丝，高压前端，高压联锁回路和断开；然而，为了本书的目的，我已经将这些组件分离出来，放在系统控制电子（第9章）的单独一章中。

那么，BMS在锂离子电池系统中起什么作用呢？简而言之，BMS提供过充、过放、高温、低温、短路和其他故障模式的保护。除了保护之外，BMS还提供监控功能；事实上，如果没有监控电池和电芯状态的能力，这种保护就毫无用处。BMS还可以在包内部以及与外部控制器和系统进行通信。最后，BMS提供电池性能的优化和最大化，确保用户在任何时候都能获得电池的最佳性能。覆盖在所有这些之上的是软件计算，用于估计电池内部的各种因素，如健康状态（SOH），充电状态（SOC），最大电压等。

这描述了BMS的“什么”；那么“为什么”就相对简单了。为什么锂离子电池组需要BMS？简而言之，BMS保证了电池组的安全性和寿命。BMS管理包中的功率和能量，以实现包的预期寿命。大多数用于笔记本电脑和类似设备的便携式动力电池只需要提供一年或两年的能量和电力，并且通常在狭窄的温度范围内工作。

大冬天的时候，你有多少次把笔记本电脑放在室外？另一方面，汽车和工业用电池必须能使用8到10年甚至15年甚至更长时间，并且需要在从亚利桑那州沙漠的夏天到北方地区极端寒冷的冬天的非常广泛的温度范围内生存。锂离子电池能在没有BMS的情况下使用吗？我听说过一些赛车类型的电动汽车应用程序，他们声称在系统中没有BMS。但这些都是典型的一次或两次使用的应用；电池的寿命可能只需要持续一个赛车赛季，并且会被强调到极致，所以保修和寿命都不是问题。但总的来说，没有BMS就不能设计任何生产应用程序。

与其他电池化学相比，为了确保锂离子的安全性，需要对其进行管理。例如，铅酸电池在没有电子控制的情况下很容易运行，因为它更容易接受滥用条件，而不会发生热失控类型的事件。另一方面，锂离子电池必须设法确保电池保持在其最大和最小电压、温度和电流限制之下。

本章将向读者提供BMS、其功能和硬件的简要概述。关于BMS及其操作的更详细的回顾，我推荐DavideAndrea写得很好的书《大型锂离子电池组的电池管理系统》（Andrea,2010）。Andrea非常详细地涵盖了从一般描述到如何设计和构建自己的BMS的所有主题。