電池管理專(zhuān)用IC的出現(xiàn)和發(fā)展是和鋰離子電池使用過(guò)程中遇到的種種問(wèn)題息息相關(guān)的。最早是為了解決鋰離子電池的過(guò)充過(guò)放而設(shè)計(jì)出了單節(jié)電池的充放電保護(hù)芯片，后來(lái)在鋰離子電池多節(jié)串聯(lián)使用中又發(fā)展出使用于多串的芯片，這時(shí)候就成為了電池管理芯片，緊要是對(duì)電池包中的每節(jié)電池電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。再以后為了應(yīng)對(duì)電池不一致的問(wèn)題，進(jìn)一步集成了功率開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)功能，這就是帶有均衡功能的電池管理IC。

客觀的講，電池管理專(zhuān)用IC成績(jī)了早期的bMS產(chǎn)業(yè)，也引領(lǐng)了bMS產(chǎn)品的發(fā)展。正是因?yàn)橛辛藢?zhuān)用芯片，bMS的設(shè)計(jì)才能大大簡(jiǎn)化，產(chǎn)品的小型化和可靠性才有了很大提高，但是同時(shí)，我們也要看到專(zhuān)用芯片的局限性。前面說(shuō)過(guò)，電池管理專(zhuān)用芯片也是隨著鋰離子電池的使用發(fā)展起來(lái)的，而早期的鋰離子電池多用于小型電子設(shè)備，后來(lái)在筆記本電腦中得到廣泛使用，至此電池管理專(zhuān)用芯片一直都是為低串?dāng)?shù)、小型設(shè)備服務(wù)。

當(dāng)鋰離子電池包使用到電動(dòng)汽車(chē)時(shí)，情況開(kāi)始有了變化。電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子電池包是高串?dāng)?shù)、大容量的電池串聯(lián)使用，動(dòng)輒幾十串甚至上百串的數(shù)量已經(jīng)不是筆記本電腦中幾串這種個(gè)位數(shù)級(jí)別的串聯(lián)使用可以相比的。專(zhuān)用IC也沒(méi)有閑著，迅速地推出了更多串?dāng)?shù)使用的產(chǎn)品，但是考慮到電壓和使用復(fù)雜度一般都不超過(guò)20串。使用這些IC設(shè)計(jì)的bMS的典型架構(gòu)是聚集式架構(gòu)。bMS和電池包之間惟有連線，連線數(shù)量取決于電池包串?dāng)?shù)，在bMS電路板上的電池管理專(zhuān)用芯片數(shù)量也取決于電池包串?dāng)?shù)。

從示意圖中可以看出，聚集式bMS產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。在電池包串?dāng)?shù)較低時(shí)，比如說(shuō)10來(lái)串，連線還算不太復(fù)雜，而且在電池包容量小的情況下，bMS安裝位置可以靠近整個(gè)電池包，縮短連線距離，電池包----bMS，整個(gè)能量系統(tǒng)比較緊湊一體，在電動(dòng)自行車(chē)和電動(dòng)摩托車(chē)上比較適合。但是在電動(dòng)汽車(chē)鋰離子電池包上使用時(shí)，因?yàn)橐姵厝萘看?，成組后物理尺寸比較大，連線會(huì)較長(zhǎng)，而且長(zhǎng)短不一，再加上串?dāng)?shù)眾多，連線數(shù)量也就很多，幾十條甚至上百條線的排布非常麻煩。

還有一個(gè)緊要的細(xì)節(jié)就是這些連線的順序是要固定的，因?yàn)閷?zhuān)用芯片的管腳已經(jīng)事先含義了電池串聯(lián)順序，所以每串電池上的連線要接入到bMS指定的接插件腳位。雖然在bMS設(shè)計(jì)工作上這并沒(méi)有什么困難，但是在bMS與電池包的實(shí)際連接工作中卻是一個(gè)不小的麻煩事。一般線都是一端和電池連接在一起，另一端通過(guò)插件接入bMS，與電池連接這些工作今朝都是人工完成，未來(lái)也很難由機(jī)器完成，連接在每串電池每個(gè)電極上的線都不能出任何失誤，這整個(gè)的工作量大小可想而知。通過(guò)聚集式架構(gòu)的分解，我們看到，專(zhuān)用IC比較適用于小容量、低串?dāng)?shù)的場(chǎng)合，在大容量、高串?dāng)?shù)的場(chǎng)合會(huì)有連線復(fù)雜，要一一對(duì)應(yīng)的缺點(diǎn)。

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再看均衡的問(wèn)題，聚集式架構(gòu)比較適合完成被動(dòng)均衡，電路設(shè)計(jì)上不新增復(fù)雜度，今朝的主流專(zhuān)用IC也都有此功能。但是電流能力有限，百毫安級(jí)別，在電池包使用初期一致性差別不大的情況下問(wèn)題倒也不大，在中后期一致性差別較大的情況下就會(huì)有電池不均衡矯正不及的風(fēng)險(xiǎn)。倘若要加入主動(dòng)均衡功能，現(xiàn)有架構(gòu)基本沒(méi)有任何幫助，要額外的線束和開(kāi)關(guān)矩陣，電路復(fù)雜程度急劇上升。開(kāi)關(guān)矩陣要大量的電子開(kāi)關(guān)，MOSFET，但是因?yàn)閿?shù)量多，其控制電路相當(dāng)復(fù)雜，有公司用繼電器代替，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，但是帶來(lái)了繼電器作為一個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)的壽命問(wèn)題和誤動(dòng)作風(fēng)險(xiǎn)。

當(dāng)然也可以通過(guò)降低繼電器的開(kāi)關(guān)頻率來(lái)延長(zhǎng)其壽命，通過(guò)誤動(dòng)作檢查來(lái)避開(kāi)風(fēng)險(xiǎn)，但是這樣做始終是無(wú)法保證器件的均勻無(wú)故障工作時(shí)間，更何況繼電器的數(shù)量也是相當(dāng)多，不止一個(gè)。這是一種不得已而為之的讓步方法，而不是處理主動(dòng)均衡開(kāi)關(guān)矩陣難題的正解。

為了解決連線復(fù)雜的難題，出現(xiàn)了分布式架構(gòu)的bMS。這種bMS是將信息采集傳遞的功能與其他功能獨(dú)立分離，整個(gè)系統(tǒng)分成了CSC(單體管理單元)、bMU(電池管理控制器)，CSC安裝在單串電池上，負(fù)責(zé)本串電池信息采集和傳遞，每串電池的信息通過(guò)總線傳入bMU。這種架構(gòu)通過(guò)總線處理了線束復(fù)雜的難題，而且安裝相對(duì)簡(jiǎn)單，效率高，柔性好，適合不同電池包規(guī)模大小。分布式的bMS可以不用電池管理專(zhuān)用IC，是拋開(kāi)專(zhuān)用IC進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)的一個(gè)相對(duì)成功的思路。

不足的是，分布式架構(gòu)也沒(méi)有處理一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系和主動(dòng)均衡的難題，CSC同樣要設(shè)置地址(雖然可以在安裝后設(shè)置，比聚集式架構(gòu)在安裝前就要確定要容易實(shí)現(xiàn)，出錯(cuò)概率小)，主動(dòng)均衡依然要額外的線束和開(kāi)關(guān)矩陣。而且因?yàn)槊總€(gè)CSC上都要MCU和帶有隔離的通訊總線，價(jià)格要高于聚集式架構(gòu)bMS，尤其在低串?dāng)?shù)上優(yōu)點(diǎn)不大。

分布式的思路給了聚集式的一個(gè)很好的提示，這就是通過(guò)總線處理線束問(wèn)題，專(zhuān)用IC也看到了其中的好處，迅速推出了帶有無(wú)需隔離的通訊總線，進(jìn)一步完善了自己。半分布式架構(gòu)，實(shí)際上是二級(jí)聚集式的架構(gòu)成為了bMS主流設(shè)計(jì)之一。這就是將整個(gè)電池包分為幾個(gè)模組，每個(gè)模組使用采用專(zhuān)用芯片設(shè)計(jì)成的一個(gè)小bMS，然后通過(guò)總線連接到一個(gè)最終的控制器上。半分布式架構(gòu)聚集了分布式的線束少的優(yōu)勢(shì)和聚集式的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，但是可惜的是，往日架構(gòu)沒(méi)能處理的問(wèn)題也跟著繼承下來(lái)，一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系和主動(dòng)均衡的難題依然存在。

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追本溯源，一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系和主動(dòng)均衡中開(kāi)關(guān)矩陣的難題都來(lái)自于電池管理專(zhuān)用芯片的先天局限，盡管電池管理專(zhuān)用芯片也在不斷進(jìn)化。因?yàn)槭嵌啻褂?，在?zhuān)用IC上，每個(gè)電池測(cè)試通道非得事先就要確定編號(hào)，事后再得知每個(gè)通道的順序無(wú)法想象，目前看任何IC都無(wú)法設(shè)計(jì)出這么一個(gè)功能。同樣，開(kāi)關(guān)矩陣也是來(lái)源于多串使用，又因?yàn)樯婕暗焦β什糠?，這更是IC的天然弱勢(shì)，現(xiàn)有架構(gòu)對(duì)主動(dòng)均衡無(wú)能為力的原由就在于此。所以，倘若是低串?dāng)?shù)，無(wú)需主動(dòng)均衡功能的使用，采用專(zhuān)用IC方法是可行的，比如電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車(chē)和電動(dòng)摩托車(chē)；在電動(dòng)汽車(chē)級(jí)別的使用中，尤其是要完成主動(dòng)均衡功能，采用專(zhuān)用IC來(lái)設(shè)計(jì)bMS還是比較吃力的。

從2015年的產(chǎn)量上看，電動(dòng)汽車(chē)已經(jīng)順利完成了產(chǎn)業(yè)的導(dǎo)入期，后面就是發(fā)展期。bMS急需處理痼疾，市場(chǎng)呼喊新品，惟有跳出專(zhuān)用IC方法，bMS創(chuàng)新方可期望。