锂电池BMS保护机制及工作原理2

接上一篇：《锂电池BMS保护机制及工作原理1》

（二）二级保护电路：三端熔丝Fuse

出于安全性考虑，仍需增加二级保护机制。当前阶段，REP（Resistor Embedded Protector，内置电阻保护器）的应用度较高，而三端熔丝Fuse相比之下性价比更高。

当电流过大时，Fuse和普通熔丝原理相同，会被熔断；而MOS运行状态异常时，主控控制三端熔丝将主动熔断。

这款安全保护机制优点主要在功耗小、反应速度快、保护效果好，现阶段应用性极高，已经在电动车、手机等设备上被广泛使用。

（三）三级保护电路：NTC和TVS

1.NTC热敏电阻

热敏电阻，顾名思义其对热度极度敏感，是可变电阻的一种，主要分为PTC和NTC两种。

PTC（Positive Temperature Coefficient，正温度系数热敏电阻器），温度越高，电阻越大，主要用于灭蚊器、暖风机之类产品。

NTC（Negative Temperature Coefficient，负温度系数热敏电阻器）与PTC相反，温度越高电阻越低，主要用作电阻温度传感器和限流装置。

锂电池的BMS一般使用的是NTC，相较之下该产品耗电量较小，精准度高且反应迅速，主要有三大作用。

（1）温度测量

利用该电阻的特性，可以测量以下三个温度范畴：

电芯温度：将NTC热敏电阻放置在电芯之间，实现电芯温度的测量，需要考虑每个NTC所覆盖的电芯数量情况。

功率温度：将NTC热敏电阻放置在MOS之间，实现功率温度的测量，需要在安装时确保NTC要与MOS器件紧密接触。

环境温度：将NTC热敏电阻放置在BMS板上，实现环境温度的测量，要求安装位置远离功率器件。

（2）温度补偿

大部分元器件的电阻都会随着温度上升而增大，此时需要用NTC进行补偿，抵消温度造成的误差情况。

（3）抑制浪涌电流

浪涌（electrical surge），也叫突波，即瞬间出现超出稳定值的峰值，包括浪涌电压和浪涌电流。

电子电路在开机时会产生较大的浪涌电流，容易对元器件造成损坏，使用NTC可以防止这种情况的产生，保证电路正常工作。而对于浪涌的保护就需要用到TVS。

2.TVS瞬态电压抑制器

TVS（Transient Voltage Suppressors）即瞬态电压抑制器，它响应速度快，适合用于做端口防护功能。具体执行如下：

当电路出现异常高电压时，TVS会迅速调整电阻状态，将瞬时电流释放到地，保护后级电路免遭损坏；异常电压情况结束后，TVS会复原。

三、BMS关键器件的国产化

目前国内BMS生产制造过程中极度缺乏相关核心芯片的研究，尤其是AFE芯片。宁德时代董事长曾毓群曾表示，宁德时代在电池生产过程中没有直接涉及美国的技术、材料或是设备，现在唯一依赖美国的就是BMS里的芯片。

（一）AFE模拟前端芯片

根据市场份额来看，仅AFE芯片的生产厂家来看，美国占据全球70%的市场份额，其中亚德诺半导体和德州仪器两家就已经占据了60%左右，而国产芯片目前上升较快的厂商为中颖电子、芯海科技和思瑞浦。

（二）MCU芯片

针对MCU芯片来看，市场份额主要由欧美、日本和台湾地区企业占据，仅NXP（荷兰恩智浦）、Microchip（美国微芯科技）、ST（意法半导体）、infineon(德国英飞凌)就占据超80%的份额，中国大陆企业所占份额极小，仅兆易创新和极海半导体成长较快。

四、BMS问题及优化方向

BMS不只是BMS研发厂家的职责，它是一个系统工程，需要电芯厂家、BMS厂家、PACK厂家，尤其是换电运营商的共同参与。

（一）换电运营商

BMS作为锂电池的管理控制系统，实质是将基于用户需求的运营经验，进行细化、总结、固化到BMS中。而换电运营商其最接近用户，最懂用户的需求，因此，换电运营商是BMS的主导者。

（二）BMS厂家

BMS厂家最懂电子电路，它基于电芯性能，结合换电运营商需求，进行BMS架构搭建和开发，起着承上启下的作用。但其弱点也非常突出，主要表现在对电芯的理解深度还不够理想，导致管控策略和电芯实际存在差异。

（三）电芯厂家

电芯厂家最懂化学，这其实是整个BMS管控的基础所在，因为BMS的一切管控都是基于电芯和电池组进行的。但目前，电芯厂家对电子电路的理解还需要提升，比如哪种信息采集方式可以采集到最准确的电芯信息。

（四）PACK厂家

PACK厂家是将电芯与BMS组装成电池组，其对电芯的排列、BMS位置的摆放和组装的加工工艺等都影响着BMS功能实现的程度和准确性。PACK厂家需要根据换电运营商的要求，从产品质量出发，以最后把关的视角对电芯和BMS厂家提出相关要求。