锂电池材料存在一定的特性，使其不能被过充、过放、过流、短路及超高低温充放电，因此锂电池组总会有一块精致的BMS 相伴，BMS指的是Battery Management System 电池管理系统，也叫保护板。

一、BMS功能

首先，我们将详述其四个主要功能。

（一）感知和测量测量即感知电池的状态

这是BMS基本功能，包括一些指标参数的计量和计算，其中有电压、电流、温度、电量、SOC（state of charge）、SOH（state of health）、SOP（state of power）、SOE（state of energy）。

SOC可以通俗理解为电池还剩下多少电量，其数值在0-100%之间，这是BMS中最重要的参数；SOH指电池的健康状态（或电池劣化程度），是当前电池的实际容量与额定容量的比值，当SOH低于80%时电池便不可用于动力环境。

（二）告警和保护

在电池出现异常状态时，BMS可以向平台进行告警并进行保护电池并采取相应的处理措施，同时，会将异常告警信息发送至监控管理平台并生成不同等级的告警信息。

如，温度过热时，BMS会直接断开充放电回路，进行过热保护，并向后台发出告警。

锂电池主要会针对以下问题发出告警：

过充：单体过压、总电压过压、充电过流；

过放：单体欠压、总电压欠压、放电过流；

温度：电芯温度过高、环境温度过高、MOS温度过高、电芯温度过低、环境温度过低；

状态：水浸、碰撞、倒置等。

（三）均衡管理

均衡管理的必要性来自于电池的生产和使用的不一致性。

从生产角度看，每块电池都有自己的生命周期和特性，没有一模一样的两块电池，由于隔膜、阴极、阳极等材料的不一致，不同电池的容量也不能完全一致。如组成一个48V/20AH电池组的各电芯，其压差、内阻等的一致性指标，均有一定范围内的差异。

从使用角度来看，在电池充放电的过程中，电化学反应的过程中是永远不可能一致的。即使是同一块电池包，也会因为温度、磕碰度不同造成电池充放量不同，从而导致电芯容量不一致。

因此，电池就需要均被动均衡和主动均衡。即设定一对启动和结束均衡的阈值：比如，一组电池中，单体电压极值与这组电压平均值的差值达到50mV时启动均衡，5mV结束均衡。

（四）通信和定位

BMS有单独的通信模块，作用分别是数据传输和电池定位，能够将感知和测量到的相关数据实时传递到运营管理平台。

二、BMS保护工作原理

BMS包括控制IC、MOS开关、保险丝Fuse、NTC热敏电阻、TVS瞬态电压抑制器、电容及存储器等。其具体形式如图所示：

上图中，控制IC通过控制MOS开关实现电路的导通和关闭，以保护电路，FUSE在此基础上实现二级保护；TH为温度检测，内部是一个10K NTC；NTC主要实现温度检测；TVS主要是抑制浪涌。

（一）一级保护电路

控制IC上图的控制IC负责监测电池电压与回路电流，并控制两个MOS的开关。控制IC具体可分为AFE和MCU：

AFE（Active Front End，模拟前端芯片）即电池的采样芯片，主要用来采集电芯电压、电流等。

MCU（(Microcontroller Unit，微控制器芯片）主要对AFE采集来的信息进行计算和控制。

二者的关系如图所示：

1.AFE

AFE一般是6脚芯片，CO、DO、VDD、VSS、DP和VM，简介如下：

CO：charge output（充电控制）；

DO：discharge output（放电控制）；

VDD：电源电压，又叫输出电压，是电压最高的地方；

VSS：基准电压，是电压最低的地方；

VM：监测MOS两端的电压值。

在BMS正常的情况下，CO、DO、VDD为高电平， VSS、VM为低电平，当VDD、VSS、VM任何一项参数变换时，CO或DO端的电平将发生变化。

2. MCU

MCU指的是微控制单元，又称单片机，具有性能高、功耗低、可编程、灵活度高等优点。被广泛应用于消费电子、汽车、工业、通信、计算、家电、医疗设备等领域。

在BMS中，MCU相当于大脑，通过其外围设备从传感器捕获所有数据，并根据电池组的配置文件处理数据以做出适当的决策。

MCU芯片处理AFE芯片采集的信息，起到计算（比如SOC、SOP等）和控制（MOS关断、导通等）的作用，因此电池管理系统对MCU芯片的性能要求较高。AFE和MCU通过控制MOS来实现对电路的保护。

3.MOS

MOS是Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor的缩写，简称场效应管，在电路中起开关作用，分别控制着充电回路与放电回路的导通与关断。

其导通阻抗很小，因此其导通电阻对电路的性能影响很小。正常状态下保护电路的消耗电流为μA级，通常小于7μA。

4.BMS一级保护的实现：控制IC与MOS联动

锂电池如果过充、过放或过流，将会导致电池内部发生化学副反应,从而严重影响电池的性能与使用寿命，并可能产生大量气体，使电池内部压力迅速增大，最后导致泄压阀打开，电解液喷出发生热失控。

在出现上述情况时，BMS将开启保护机制，执行如下：