單電池通過串聯或并聯方式形成電池組。并聯會增加電池組的電流，串聯會增加總電壓。單電池的性能遵循下面的分布：當時間等于零時，電池組中單電池的充電和放電速度相同。由于每個單電池都是交替進行充放電，所以每個單電池的充電和放電速度存在差異，這會導致在電池組上的擴散性分布。確定電池組是否已充電的簡單方法是，按照設定電壓水平監視每個單電池的電壓。第一個達到該電壓限值的單電池電壓會使電池組充電限值脫扣。電池組包含弱于平均值的單電池會導致最弱單電池首先達到限值，從而阻礙其余單電池充滿電。如前所述，充電方案不能使電池組每次充電的ON時間達到最大化。充電方案會因為需要更多充電和放電循環而縮短電池組的壽命。較弱的單電池放電速度較快。這種情況也會出現在放電周期。較弱的單電池會首先達到過放電門限值關斷，使得其余單電池仍有剩余電荷。
圖 SEQ Figure * ARABIC 3：此圖顯示了不同類型的單電池平衡：（a）使用旁路單電池平衡FET來減慢單電池在充電周期的充電速度。（b）在放電周期內使用主動平衡從強單電池“偷取”電荷并將該電荷給予弱單電池。
改善電池組每次充電的ON時間有兩種方法。第一種方法是在充電周期內減慢對最弱單電池的充電速度。具體做法是將一個旁路FET與單電池上的電流限制電阻器相連接，參見圖3（a）。這會從具有最高電流的單電池分流電流，使得該單電池充電速度下降，相對地提高其他單電池的充電速度。最終目的是使電池組的蓄電量達到最大化。這是通過使所有單電池同時達到滿充門限值來實現的。
采用電荷移動方案可使電池組在放電周期實現平衡，具體做法是通過電感耦合或電容性儲存從強的電池取得能量，并將儲存的電能注入最弱的單電池。這會減慢最弱單電池達到放電門限值的速度。該過程稱為主動平衡，參見圖3（b）。
溫度監測
現在的電池可輸出大電流并保持恒定電壓。這會導致失控（runaway）情況的出現，引起電池著火。用于制造電池的化學物質是高度不穩定的。用某些東西刺穿電池會使電池著火。溫度測量不只出于安全考慮，還可用于確定溫度是否適合電池充電或放電。
溫度傳感器負責監測能量儲存系統（ESS）應用中的每個單電池，或者更小、更便攜的應用中的一組單電池的溫度。通常使用由內部ADC電壓基準供電的熱敏電阻來監測每個電路的溫度。內部電壓基準用于降低溫度讀數相對環境溫度變化的不準確性。
狀態機或算法
大多數BMS系統都需要使用微控制器或FPGA來管理來自感測電路的信息，然后用收到的信息做出決定。有少數產品（如ISL94203）包含相關算法，具有一定的可編程性，以數字方式支持實現采用單芯片的獨立解決方案。獨立解決方案還能很好地與微控制器配合使用，因為獨立解決方案的狀態機可用于釋放MCU時鐘周期和內存空間。
其他BMS構塊
其他BMS功能塊包括電池認證、實時時鐘、內存和菊鏈。實時時鐘和內存用于黑箱應用。實時時鐘用作時戳，內存用于存儲數據。這可以讓用戶知道電池組在災難事件前的行為。電池認證功能塊用于防止BMS電子系統連接至第三方電池組。電壓基準/穩壓器用于為BMS系統的外圍電路供電。最后，菊鏈電路用于簡化不同器件之間的連接。菊鏈功能塊可消除了對光耦或其他電平位移電路的需要。
結束語
電池管理系統架構可使用許多功能塊和設計技術。認真考慮電池要求和電池壽命目標有助于確定合適的架構、功能塊和相關集成電路，進而創建電池管理系統和充電方案，以優化電池壽命。
關于作者：
Ryan Roderick是Intersil公司精密產品事業部的首席電氣工程師。加入Intersil之前，Ryan在Analog Devices Inc. （ADI）擔任電氣工程師，在ADI 的先進線性產品事業部從事多項技術工作。在此前，他在Biode， Inc.擔任設計工程師，致力于研究壓電傳感器在水及其他液體環境中的使用。Ryan擁有緬因大學的電子工程學士和電子工程碩士學位。他持有技術專利，是一篇IEEE論文的共同作者，并在行業雜志上發表了多篇文章。
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