不少智能手机或便携设备，都是不可自行替换电池的设计。为防通讯意外中断，用户越来越依赖电池容量估算功能，让电池管理系统 (BMS) 地位日隆。罗姆半导体 (Rohm) 台湾设计中心副主任工程师粘承允表示，＂电池容量检测＂是 BMS 主要功能之一，通常以库仑计数 (Coulomb count) 估量；解析越精准，不仅可降低误差容忍度、不致高估剰余电量，还能缩小整个电池组的体积。传统电池组的库仑计数架构是用电流感测放大器监测实时电流，再由微控制器 (MCU) 软件演算数值，但罗姆建议开发者改采专用库仑 IC、以硬件计算整合后的数值。
照片人物：罗姆半导体台湾设计中心副主任工程师粘承允
粘承允说明，传统库仑计数架构须外挂放大器，且周边的模数转换器 (ADC) 和模拟前端 (AFE) 又各自存在细微误差，通常需经过 3～5% 不等的校正程序——视采样速度和ADC 分辨率而定，更有高达 10% 者。因此，顶多适用于分流器 (Shunt) 电阻或死循环电流传感器，若用来估算整个电池组的电量，恐力有未逮。反观专用芯片 (例如，BD7220FV-LA 库仑计数芯片) 能减少 MCU 工作负载，还可加载中断警示、唤醒、休眠等额外功能，更便于＂实时＂监控短至几百毫秒的瞬间变化 (开发者可定义时间单位)。
图1：用于电池组的库仑计数器架构比较
资料来源：罗姆半导体
BMS 可延长电池组寿命？未必！
粘承允介绍，极致整合的电池充电状态 (State of Charge, SOC) 功能可涵盖：过电流保护 (OCP)、过电压保护 (OVP)、欠电压保护 (UVP)、过温度保护 (OTP)、短路保护 (SCP)，高阶版本还包括低温保护 (UTP)。他特别提到，大串数电池的 BMS 挑战在于：须用许多隔离组件以确保电气运作，若是自行采购分离式组件、组态，颇为耗电，且整体材料清单成本 (BOM Cost) 与集成产品相差无几，未必划算；另内部通讯接口的整合也有难度，前端遇到的问题解决后，难保后端不会再次发生状况，烦琐工作着实不少。搭载 BMS 的另一个要求是：有助于延长电池寿命。
粘承允介绍，极致整合的电池充电状态 (State of Charge, SOC) 功能可涵盖：过电流保护 (OCP)、过电压保护 (OVP)、欠电压保护 (UVP)、过温度保护 (OTP)、短路保护 (SCP)，高阶版本还包括低温保护 (UTP)。他特别提到，大串数电池的 BMS 挑战在于：须用许多隔离组件以确保电气运作，若是自行采购分离式组件、组态，颇为耗电，且整体材料清单成本 (BOM Cost) 与集成产品相差无几，未必划算；另内部通讯接口的整合也有难度，前端遇到的问题解决后，难保后端不会再次发生状况，烦琐工作着实不少。搭载 BMS 的另一个要求是：有助于延长电池寿命。
可惜，它并非电池组＂延年益寿＂的万灵丹。粘承允阐述，单电池 (Cell) 理论上无疑义，但串联成电池组 (Battery Pack) 可就不一定了！由于每串电池的电化学反应不可能一模一样，假如电池组中某个 Cell 出问题，基于 BMS＂维持电池间均衡＂理念，与其串联的电池伙伴会前来驰援，旨在使电池组中的各串电池达到均衡一致；如此一来，恐形成互相拖累、掣肘之势，会减损整体电池组的寿命。这可借用知名的＂木桶效应＂解释：一只木桶最终能盛蓄多少水量，非由桶壁上最高的那块木板做主，关键还得最短的那块木板说了算。
图2：罗姆半导体 BMS 参考电路设计
资料来源：罗姆半导体
＂木桶效应＂暗喻：组员功力相当，才具正向加乘效果
惟有桶壁上的所有木板皆一般高，才能杜绝内容物从缺了的一角外泄。投射在 BMS 即为：整体电池组的蓄电能力，取决于内部性能最差的电池。假如电池组中的各个 Cell 皆身强体健，自然能加倍发挥战力；但若有＂猪队友＂扯后腿，反会加速电池组老化。粘承允分析，实现＂电池均衡＂有两种途径：一是利用电容、电感等无源组件积极介入能量转移、调节，已有半导体大厂申请相关专利；二是齐头式平等，不论单电池当下体质如何？只管等额注入电量，属消极式管理。那么，将多串电池浓缩成单串，是否较容易管理？
惟有桶壁上的所有木板皆一般高，才能杜绝内容物从缺了的一角外泄。投射在 BMS 即为：整体电池组的蓄电能力，取决于内部性能最差的电池。假如电池组中的各个 Cell 皆身强体健，自然能加倍发挥战力；但若有＂猪队友＂扯后腿，反会加速电池组老化。粘承允分析，实现＂电池均衡＂有两种途径：一是利用电容、电感等无源组件积极介入能量转移、调节，已有半导体大厂申请相关专利；二是齐头式平等，不论单电池当下体质如何？只管等额注入电量，属消极式管理。那么，将多串电池浓缩成单串，是否较容易管理？
粘承允不忘叮嘱它有一个前提是：保护区间须等比例扩充。他统整 BMS 有三大评判重点：
1. 分辨率：是论断 BMS 好坏的关键指针，消费电子若能解析到 1mV 水平、电动车约 3～4mV，即堪称优等，坊间产品优劣的极端差距可达 10mV；
2. 消耗电流：IC 本身也有功耗，且会随采样速度呈正比增长；
3. 功能多寡：单一功能的独立式产品因价格便宜，仍是当今主流，而集成前端和 MCU 的集成产品因须采用超低功耗组件，成本较高；以 300 Ah (安培X小时) 的电动机为例，整个 BMS IC成本约落在 0.7～3 美元。
1. 分辨率：是论断 BMS 好坏的关键指针，消费电子若能解析到 1mV 水平、电动车约 3～4mV，即堪称优等，坊间产品优劣的极端差距可达 10mV；
2. 消耗电流：IC 本身也有功耗，且会随采样速度呈正比增长；
3. 功能多寡：单一功能的独立式产品因价格便宜，仍是当今主流，而集成前端和 MCU 的集成产品因须采用超低功耗组件，成本较高；以 300 Ah (安培X小时) 的电动机为例，整个 BMS IC成本约落在 0.7～3 美元。
动态记录电池容量，车用市场潜力大
粘承允观察，未来 30 年内的车载四大趋势分别会是电动车、车联网、先进驾驶辅助系统 (ADAS) 以及自动驾驶，且在环保意识抬头的情况下各国都订立出了环保相关的法令，例如，德国联邦参议院已要求在 2030 年之前禁售引擎汽车。Volvo 从善如流，宣布将于 2019 年开始停止生产汽、柴油引擎，而法国也计划于 2040 年终止汽柴油动力的贩卖；欧盟部分国家开始制订时程表，最快拟于 2030 年全面禁止生产汽、柴油引擎。可见汽车走向电动化势在必行，而 BMS 本身即为电动车不可或缺的组件之一。
粘承允观察，未来 30 年内的车载四大趋势分别会是电动车、车联网、先进驾驶辅助系统 (ADAS) 以及自动驾驶，且在环保意识抬头的情况下各国都订立出了环保相关的法令，例如，德国联邦参议院已要求在 2030 年之前禁售引擎汽车。Volvo 从善如流，宣布将于 2019 年开始停止生产汽、柴油引擎，而法国也计划于 2040 年终止汽柴油动力的贩卖；欧盟部分国家开始制订时程表，最快拟于 2030 年全面禁止生产汽、柴油引擎。可见汽车走向电动化势在必行，而 BMS 本身即为电动车不可或缺的组件之一。
因此，未来市场对 BMS 需求是可期的。此外，大型动力电池若要兼顾提取便利性和能量密度，重量在 10 公斤以内的 48V、10～15 Ah 容量的电池，是电动自行车、储能系统 (ESS) 和不断电系统 (UPS) 的理想规格，轻度混合动力车 (Micro HV) 则是下一个重点应用。48V 动力电池多由 13～14 串 18650 锂电池 (或 16 串锂铁电池) 组成，一般电池芯通常需经过 2,000 次生命周期 (Life Cycle)，但多串数的系统会因一致性问题而有所减少。各家厂商也基积极的开发 BMS 系统、以达成 7 年 700 次 Life Cycle 目标。
图3：锂铁电池市场一览
资料来源：罗姆半导体
粘承允透露，藉由记录当下电力消耗动态及充、放电数据上传云端，可做深层车联网应用。考虑此类产品具有少量多样特性，罗姆目前是以客制化方式提供；未来待整体环境成熟，不排除推出标准品，且一定会经过 AEC-Q100 认证才上市。
后端动力单元亟需 BMS 保护电路
电池过度充、放电轻则会导致蓄电量下降，重则将损坏电池。一般锂电池系统可分为＂电池组＂和＂动力单元＂两大区块来看，罗姆在前端保护 IC、AFE、保护电阻 (开关) 和闸极驱动器 (Gate Drivers) 拥有不小的市占率，近来再新增电流监测产品。粘承允笑说，这样的产品蓝图彷佛显得理所当然——罗姆的英文拼字正是取自＂电阻 (R)＋欧
电池过度充、放电轻则会导致蓄电量下降，重则将损坏电池。一般锂电池系统可分为＂电池组＂和＂动力单元＂两大区块来看，罗姆在前端保护 IC、AFE、保护电阻 (开关) 和闸极驱动器 (Gate Drivers) 拥有不小的市占率，近来再新增电流监测产品。粘承允笑说，这样的产品蓝图彷佛显得理所当然——罗姆的英文拼字正是取自＂电阻 (R)＋欧
图4：完整的电池系统包括＂电池组＂和＂动力单元＂两大区块
资料来源：罗姆半导体
粘承允亦注意到电池材料的趋势演进，十分肯定近来特斯拉 (Tesla) 等电动车大厂力拱的＂三元聚合物锂电池＂(三元锂) 后势：以现有的电池生产模销售模式来看、可以将电池分成几个级距来做分级，让生产出来的电池都有市场可以销售——A 级特优品供车用，其余 B、C、D 仍然可依不同质量等级用于各式消费电子。更重要的是，能量密度大于磷酸锂铁；这意味着：同样蓄电能力下、电池体积更迷你，或是同样体积的电池、续航力更佳。不过粘承允预言：能量密度更高、且可完全根除电解液外流所引发爆炸疑虑的＂固态电池＂，将更备受期待。
