关于ESS和BMS，您需要了解的一切

亚德诺半导体 2024-03-12 18:01 1814浏览 0评论 4点赞

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电池管理系统BMS，目前被广泛应用在 ESS (能源存储系统) 和新能源汽车这类产品的设计当中，通过电池电压测量、电池均衡、温度监控、电池开路检测和自我诊断等功能帮助 ESS 和新能源汽车中的固态电池在恶劣操作条件下其功能仍然可以安全和可靠的运行。一个优秀的BMS除了能保证电池安全运行以外，还可帮助电池实现最大化电池容量使和最长可达十年以上的电池使用寿命。关于BMS技术与ADI相关的产品推荐，以下Q＆A带你逐一厘清。

ESS 和BMS 常见问答

ESS和BMS的关系？

ESS (Energy Storage Systems)主要是指能源存储系统，如果该能源存储系统是基于电池构建的，我们也会称其为电池能源存储系统（Battery Energy Storage Systems），也就是 BESS。

而电池就是联系 ESS 和 BMS 的关键，BMS 电池管理系统（battery management system）是用来管理 ESS 中固态电池在恶劣操作条件下其功能仍然可以安全和可靠运行的关键。

ESS都有什么应用？

在当今社会，ESS 其实已经在深刻的影响着我们的日常生活和生产制造。我们在对电动汽车充电时，其很大一部分电能就可能来源于电动汽车充电 ESS 里储备的能源。对于一些安装了带蓄电池光伏逆变器和住宅 ESS 的家庭，其家庭就可以使用太阳生产的电力来优化自家的电力账单，节省家庭电力开支。而说到优化电力账单，工厂也可以借助工业 ESS 在电价低谷时储备电能，减少电价高峰时从电网的购电，这在优化工厂电力账单的同时减轻了用电高峰时的电网负担，提升了电网的稳定性，这其实是一个双赢的结果。

BMS是如何确保ESS中的电池工作在安全状态的？

ESS 一般由数量庞大的单体电池为基础构成。BMS IC 芯片则会对ESS 中的所有单体电池进行包括：电池电压测量-过压/欠压；电池均衡-被动均衡；温度控制– 过温检测；电池连接状态检查–开路检测；冗余-自我诊断功能在内的监测功能和诊断功能，通过这些功能能够有效的帮助电池实现安全运行和最大化电池容量使用。

为什么BMS中电池多是采用串联方式而非并联方式？

将多个电池并联可以组成一个能够提供低电压大电流的电池包，在低电压大电流的电池包应用场景时，连接电池包的电缆电阻即使很小，也会因为电缆上流过的大电流而在电缆上产生很大的线缆电压，这不是一个比较合适的设计。而将多个电池串联组成一个能够提供大电压和小电流的电池包，在这样的电池包应用中，在电池包工作时，不再有很大的电流流过电缆，因而由于电缆电阻造成的线缆电压将不再是一个问题。但由于电池串联方式会引进的一个新问题，既串联方式会需要非常多个 BMS 通道对单体电池进行监测，但是目前这个问题并不是特别棘手，因为目前 BMS IC 一般集成了非常多的电池监测通道，像 ADI 的有些 BMS IC，一片就可以实现对 18 个电池通道的监测。

BMS为什么需要高精度 ADC？

ADC 的精度对于精确计算电池的真实 SOC 至关重要。通常为了保证电池的工作安全，避免电池过充和过放，锂离子电池需要工作在满SOC 的 10% 至 90% 范围之间。在一般的锂离子电池充放电曲线中是可以观察到在电池过充和过放的边界区域，电池的电压变化曲线将变得非常陡峭，对应的是电池内的化学物质发生着剧烈的化学变化，经常的过充过放将严重缩短电池的工作寿命。电池的 SOC 虽然一般不通过电池电压直接计算，但是通过 BMS 测量电池的开路电压也是一个很好的电池 SOC 辅助计算方法。通常更精确的电压测量能够有效提升电池的使用容量。

什么是电池失配？

电池失配问题是指同一制造商的全新电池具有不同的特性（SoC、阻抗、容量或温度），这些全新的电池即使在出厂时，其初始电池容量就已经不同了，并且，随着时间的推移，在电池使用寿命内，失配的弱电池往往会迅速降低其自身容量，从而增加电池之间的不匹配。

如何避免电池失配问题的发生，如何解决电池失配问题？

非常遗憾的是我们不可能避免电池失配问题的发生，电池失配是不可避免的！并会在电池寿命内持续对电池产生影响。

电池均衡是解决电池失配问题的主要方式，电池均衡（被动均衡）是在电池连接且充满电时均衡电池之间电压和 SoC 的过程 → 这会为电池带来额外的运行时间，电池均衡是 BMS 的一项重要功能。

被动电池均衡的优缺点？

被动电池均衡的优点包括: 小尺寸；成本低、复杂性低和易于控制。

被动电池均衡的缺点包括: 多余的能量以热量的形式消散（不环保）；均衡电流有限（最大约 300mA）；在高均衡电流下，产生的热量可能会影响电池；均衡速度慢且放电期间不太可能使用；被动均衡是单向的，即它只能对电池放电，不能对电池充电。

主动电池均衡的优缺点？

主动电池均衡的优点包括: 提高系统运行时间和充电效率；更好的热管理；可实现快速均衡和高均衡电流；主动均衡可以是单向或双向的，双向的主动均衡既能对电池放电，也能对电池充电。

主动电池均衡的缺点包括: 体积庞大（可能需要变压器，整个电路会比较重）；IC 数量较多；更复杂且价格昂贵。

Q10

主动电池均衡的拓扑有哪些？

主动电池均衡拓扑包括：Cell-to-Cell；Cell-to-Module；Cell-to-Pack；Pack-to-Cell；Module-to-Cell；Module-to-Pack。

可用的转换器拓扑包括：Charge pump；

隔离式：Flyback, Foward converter；

非隔离式：Buck-boost converter, Cuk。

Q11

ADI 的主动均衡方案有哪些？

ADI 目前的主动均衡 IC 方案主要是有两款，LT8584 和 LTC3300。

Q12

ADBMS1818这款BMS IC芯片最多可以级联多少片？

由于 ADBMS1818 可以采用隔离通信，对级联的数量上限上并没有限制，但是在目前的实际应用中，一般只会用 ADBMS1818 构建最高到 1500V 的应用，因为再高的电压对电路中的许多电子元件要求就很高了，就是也得考虑到实际电路中比如许多开关元件的最高耐压值。

Q13

BMS IC能提供什么至关重要的功能？

非常高精度的测量。
被动电池均衡。此外，还可与电池均衡 IC 如 LT8584 和 LTC3300 一起搭配使用实现主动均衡。
非常强大的通信接口：isoSPI、SmartMesh 、SPI 等。

Q14

BMS IC内部有算法吗？

答案是没有。

请记住，BMS IC 内部没有微处理器，因此 BMS 算法必须位于客户的微处理器中。BMS 性能取决于客户的微处理器中的软件算法与高精度 BMS IC 的性能。

寻求技术支持

各位小伙伴，如果你在使用ADI器件时，遇到了技术难题，那么请点击“阅读原文”前往ADI中文技术论坛的能源存储系统(ESS)和电池管理系统(BMS)专区发帖提问，ADI工程师将会在线为您解答。

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