如何建立高效电池管理

假定你接受了一项任务，为一个新的和基于电池的电源系统设计监视器电路，那么你

会采取什么策略来优化该设计的成本和可制造性呢

?最初考虑的问题将是确定系统的首选结

构以及电池和有关电子组件的位置。基本结构清楚以后，接下来必须考虑的一个问题是，电
路拓扑的权衡协调问题，例如，怎样优化最终产品的通信和互连。

电池的外形尺寸将对电源系统结构有重大影响。要使用大量小型电池以适合形状复杂的

电池模块

 (或电池组) 吗?或者要使用外形尺寸很大的电池，因而由于重量问题而导致对电

池数量的限制或引起其他的尺寸限制

?这也许是设计变数最大的部分，因为外形新颖的电池

不断上市，而且人们也在不断努力，务求电池模块或电池组集成到产品中后，会与整个产
品概念更加一致。例如，在汽车设计情况下，电池最终也许分散在车辆上的某些空间中，这
些空间如果不放电池，利用效率很低。

另一个考虑因素是，电池

 (或模块化电池组)、电池管理系统 (或其子系统) 以及最终应

用接口之间的测试信号和

 / 或遥测信号的互连。在大多数情况下，可以做一个外壳，用来集

成电池模块或电池组中的某些数据采集电路，以便如果需要调换，那么生产

 ID、校准、使用

规格等重要信息能随着可替换组件带走。这类信息对电池管理系统

 (BMS)或维修设备可能有

用，而且最大限度地减少了线束中所需的高压额定值导线的数量。

接下来，就给定的机械概念设计而言，监视硬件拓扑由精确定义的、所需支持的电池数

量决定。在汽车应用中，一般情况下总共会有

 100 个以上的电池测量点，而且系统的模块化

将决定一个给定的电路系统测量多少个电池。最常见的情况是，以安全断接

“维修插头”方式，

将所有电池分成至少两个子组。通过在故障情况下保持电压低于

 200V，这种方法最大限度

地降低了维修人员可能遇到的触电危险。外形尺寸较大的电池组意味着，要采用两套隔离的
数据采集系统，每套也许支持

 50 个电池分接头。在有些情况下，所有电子组件都在一个经

济实惠的印刷电路板上，但是这需要大量互连，如图

 1 (a)所示。或者，电子组件也可以分

散放置，更加紧密地集成在电池模块中，但是这需要采用遥测链接方法。为了实现可靠的数
据完整性，内置于汽车线束中的远端测量功能电路必须采用一种坚固型协议，例如广泛使
用的

 CAN 总线。尽管真正的 CAN 总线接口涉及几个网络层，但是可以很方便地采用 PHY 

层构成

 BMS LAN 结构，以高效率地进行模块内的通信。这类分布式结构如图 1 (b)所示。该

拓扑允许在几个小型处理器之间分配计算工作量，从而降低所需的数据传输速率，并减轻

 

LAN 方法可能引起的 EMI 问题。最终的 BMS 应用接口很可能是至一个主系统管理处理器
的

 CAN 总线接线，而且将需要定义 (或在一开始规定) 特定的信息事务处理。

其他因素

也可能对物理
结构和监视电
路造成影响。