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往期回顾：

3. 框图

以下是针对汽车电池包的模块化电池管理系统的功能框图，该系统的产品信息可参考恩智浦产品目录。目前，Nexperia公司为电池管理系统应用所提供的所有产品均已通过汽车级认证。

A. 电池均衡

电池均衡是一种确保电池包中所有电芯电压水平相近的功能，这对于安全性、性能和使用寿命都至关重要。电压不均衡的电池可能会导致容量降低、过热或故障。电池均衡阶段通过使用以下所述的其中一种方法来纠正这一问题，这两种方法分别是被动电池均衡或主动电池均衡。

被动式电池平衡

这种方法会从电池中提取多余的能量，并通过电阻将其转化为热能散失掉。这种方式成本低且设计简单，但缺点是能量以热能的形式散失掉，这不利于电池组的高效运行。

主动式电池平衡

这种方法通过利用多种技术将较高电压电池中的多余能量转移至较低电压电池中而发挥作用。一些常见的技术包括电容平衡、电感平衡和直流-直流转换器平衡技术。这些方法的实施较为复杂，但能有效节约能源，并适用于较大的高压电池包。下面以双向反激式转换器为例进行说明。

B. 电芯监测

该框图中的电池监测功能旨在对单个电芯的参数进行持续测量和跟踪，以确保整个电池包的安全、高效和均衡运行。测量内容包括监测单个电芯的电压（以防止过压或欠压情况）、温度状态（以防止热失控）以及电流（以检测短路并估算电池的电量）。

C. 模组与电池包管理单元（MMU，PMU）

虽然电芯监测电路专注于电芯层面的电压、温度和均衡管理，但电池包管理单元（PMU）会将这些数据整合起来，以将整个模组或电池包作为一个整体进行管理。PMU 通常位于电池管理系统（BMS）层级的顶部，并与多个模组管理单元（MMU）进行交互。它会汇总每个电芯或模组的数据，对其进行处理，并就充电、放电、故障检测和热管理做出决策。这种集中式控制使 BMS 能够保持电池包的级别安全性和性能，即使个别电芯由于老化或环境因素而表现不同。

D. 通信接口

通信接口能够实现各种组件（如内存管理单元、电源管理单元以及车辆中央控制系统）之间的无缝数据交换。这些接口确保有关电压、温度、电流和故障状况的实时信息能够准确传输并得到处理，这对于保障电池的安全性、性能和使用寿命至关重要。

在模组管理单元（MMU）和功电池包管理单元（PMU）之间，常用的有线串行协议包括 SPI（串行外设接口）和 I²C（互连电路）等。在分布式电池管理系统（BMS）架构中，菊花链式的 SPI 连接允许多个监测芯片跨模块连接起来，从而实现可扩展且同步的数据采集。除了传统的有线接口外，现代 BMS 设计越来越多地采用无线通信技术，即无线 BMS（wBMS）。这种方式消除了 MMU 和 PMU 之间物理布线的需求，从而减轻了重量、简化了设计并缩短了组装时间。无线 BMS 通常使用诸如低功耗蓝牙（BLE）、Zigbee 或专有射频解决方案等协议来安全可靠地传输数据。

为了实现电池管理系统（BMS）与车辆电子控制单元（ECU）之间的更高级别通信，最广泛采用的协议是控制器局域网络（CAN 总线）。该协议使 BMS 能够向车辆的仪表盘和控制系统报告诸如充电状态（SoC）、健康状态（SoH）、故障代码和热状态等关键参数。

E. 电源供应与管理

电池管理系统（BMS）必须在车辆关闭、处于睡眠模式或出现故障的情况下仍能保持运行，这就使得低功耗设计成为其架构中的关键要素。BMS 通常从电池组自身获取电力，但必须将此电力分配到多个子系统，如电池监测集成电路、微控制器、通信接口、电池均衡电路和保护装置等。为了实现这一目标，设计人员会使用降压转换器、低输出电压调节器（LDO）和隔离式直流-直流转换器等组合来将高压（例如 400V 或 800V）降至安全工作电压（如 12V、5V 或 3.3V）的水平。这些调节器必须是汽车级的，具有高效率和低静态电流，以最大限度地减少寄生损耗。