德国媒体日前的一篇报道再次聚焦一个老话题——欧盟的战略自主权。
报告开篇就很“深奥”：在危机四伏、美国日益软弱的世界新秩序下，欧盟必须谋求战略自主。 然而，这说起来容易做起来难。
欧盟的战略自主权是一个老话题，不仅全球媒体经常讨论，欧洲一些国家也经常讨论。 这份报告一遍又一遍地重复同样的老话：
第一，无论未来谁入主白宫，美国慷慨地向欧洲人提供防务和安全援助的时代已经结束，因为美国必须更多地关注中国。
其次，三十年前，全球四分之一的财富在欧洲； 二十年后，欧洲在全球经济中的份额不会超过 11%。 欧盟的战略自主权将是“一个生死攸关的政治问题。
第三，欧盟整体在经济和卫生领域拥有较高的自主权，在国防、气候、移民等领域的自主权尚可。 科技自主性不尽如人意，欧盟科技对外依存度高。
第四，欧盟内部各成员国意见不一。 法国和德国都是欧洲自治的倡导者，但两国有着不同的梦想。 三个波罗的海国家以及波兰希望美国和北约继续在欧洲防御中发挥重要作用。 统计显示，欧盟成员国仅占北约整体防务开支的20%，其余80%主要由美国、英国、加拿大和土耳其承担。
第五，欧盟整体距离战略自主的目标还很远。 俄乌冲突反映了欧盟在国防安全方面对美国的高度依赖，无论是核威慑能力还是常规军事能力。
德国媒体的分析不无深刻。 然而，深刻的同时欧洲楼宇自控，也反映出解决这些问题的难度。 战略自治的前提是就自治的目标和路径达成一致，但从20多个成员、20多个意向来看，欧盟不可能实现自治。
此外，从一战、二战以及二战后欧洲国家介入非洲、中东、南亚等地区事务，甚至爆发俄乌冲突的背景来看。 2022年，大多数欧洲国家都在相互应对。 人际关系中存在自我、偏执和攻击性。 当然，如果你和欧洲人讨论这个，他们永远不会接受这样的评价，反而认为他们永远是对的、重要的、强大的。 正是这样一种自我、偏执和攻击性，使得很多问题无从解决。
最后，这种偏执还非常明显地体现在欧洲与其他国家和地区在能源、经贸领域的合作上。 以中欧关系为例。 一些欧洲政客认为，欧洲要实现独立，就必须摆脱对中国贸易的依赖，甚至应该与中国脱钩。 但他们可能忽略了一点。 一直叫嚣脱钩的美国，现在看到大量金融资本流入中国，一些美国企业也在增加对华出口。
自主并不意味着脱钩，也可以是双赢。 遗憾的是，一些欧洲政客并不接受这样的哲学智慧。
最后，美国对中国的关注并不意味着放弃对欧洲的控制。 德国媒体对欧盟战略自主权的讨论可能还停留在幻想层面。 毕竟美国不高兴，后果很严重。 #媒体人物周刊#
概述
在过去十年中，电池供电应用已变得司空见惯，但此类设备通常需要一定程度的保护以确保安全使用。 电池管理系统 (BMS) 监控电池和可能的故障情况，以防止电池退化、容量衰减，甚至可能危及用户或周围环境的情况。 BMS 还负责提供准确的电池充电状态 (SOC) 和健康状态 (SOH) 估计值，以确保在电池的整个使用寿命期间提供信息丰富且安全的用户体验。 设计合理的BMS不仅在安全方面至关重要，也是提升客户满意度的关键环节。
用于中压和低压应用的 BMS 的完整架构主要由三个 IC 组成：模拟前端 (AFE)、微控制器 (MCU) 和电量计（见图 1）。 电量计可以是独立的 IC 或嵌入 MCU 中。 MCU 是 BMS 的核心，从 AFE 和电量计获取信息，同时实现与系统其余部分的连接。
图 1：BMS 结构
AFE 提供从电池到 MCU 和电量计的电压、温度和电流读数。 由于 AFE 在物理上更靠近电池，因此建议断路器也由 AFE 控制； 如果发生故障，断路器会将电池与系统的其余部分断开。
电量计 IC 从 AFE 获取读数，然后使用复杂的电池建模和高级算法来估算充电状态 (SOC) 和健康状态 (SOH) 等关键参数。 与AFE类似，部分电量计任务也可以包含在MCU代码中； 但是，使用专用电量计 IC 具有额外的优势，如下所列：
改进的充电状态 (SOC) 和健康状态 (SOH) 准确性
设计精确BMS的主要目标是实现电池组SOC（剩余运行时间/满量程）和SOH（寿命和状态）的精确计算。 BMS 设计人员可能认为实现这一目标的唯一方法是使用具有精确电池电压测量容差的非常昂贵的 AFE。 事实上，AFE只是影响整体计算精度的一个因素。 最重要的因素是电量计电池模型和电量计算法，其次是 AFE 为电池电阻计算提供同步电压-电流读数的能力。
电量计通常使用内部算法运行复杂的计算，这些算法分析与存储在其内存中的特定电池模型相关的电压、电流和温度测量值，然后再将这些测量值转换为 SOC 和 SOH 输出。 电池模型是通过在不同温度、容量和负载条件下表征电池，从数学上定义其开路电压以及电阻和电容元件来生成的。 基于电池模型，燃料计算方法可以根据这些参数在不同工况下的变化计算出最佳SOC。 因此，如果电量计的电池模型或算法不够准确，那么无论 AFE 测量多么准确，计算结果都会不准确。 也就是说，使用高精度电量计对BMS的SOC精度影响最大。
电压电流同步读数
虽然大多数 AFE 为电压和电流提供单独的 ADC，但并非所有 AFE 都为每个电池提供实用的同步电流和电压测量。 电压-电流同步读取功能使电量计能够准确估算电池的等效串联电阻（ESR）。 由于ESR会随着不同的操作条件和时间而变化，实时估计ESR可以实现更准确的SOC估计。
从图2可以看出，同步读取的SOC误差明显低于异步读取，尤其是经过几次放电循环后，差异更加明显。 通过集成 ESR 检测和热建模获得以下结果。
图 2：同步和异步读取的 SOC 错误比较
AFE直接故障控制
如前所述，AFE在BMS中最重要的任务是保护管理。 当检测到故障时，AFE 可以直接控制保护电路以保护系统和电池。 有些系统通过MCU实现故障控制，但这种设计响应时间较长，需要MCU提供更多资源，从而增加了固件的复杂度。
高级 AFE 通过其 ADC 读数和用户配置检测故障情况。 它通过开启保护来对故障作出反应，确保真正的硬件保护。 此外，AFE 已经过全面测试，可轻松确保稳健的安全系统。 通过这种方式，MCU 可以充当二级保护机制，以实现更高级别的安全性和稳健性。
MPS系列产品集成了两种形式的保护控制。 设计人员可以选择是通过 AFE 还是 MCU 来控制故障响应和/或保护。
高侧电池保护与低侧电池保护
在BMS设计中，电池保护断路器的位置非常重要。 这些电路通常采用 N 沟道实现，因为它的内阻低于 P 沟道。 断路器可以放在高压侧（电池的正极）或低压侧（电池的负极）。
高侧架构始终确保良好的接地 (GND) 参考，避免在短路时出现潜在的安全和通信故障。 此外，干净、稳定的 GND 连接有助于减少参考信号波动，这对于准确的 MCU 操作至关重要。
然而，当N沟道放置在电池正极时，其栅极驱动电压需要高于电池电压，这对设计来说是一个挑战。 将专用电荷泵集成到 AFE 中是一种常见的高端架构，但这会增加总体成本和 IC 电流消耗。
低侧配置不需要电荷泵，因为保护是在电池的负极端子上进行的。 但在低侧配置中实现有效通信更加困难，因为保护开启时没有 GND 参考。
电池均衡功能，延长电池寿命
为电动自行车或储能设备等大型系统供电的电池组通常由多个串联和并联的电池组成。 每个电池理论上应该是相同的，但由于制造公差和化学差异，每个电池通常表现略有不同。 随着时间的推移，在不同的操作条件和老化下，这些差异会变得更加明显，可能会限制其可用容量或可能损坏电池，严重影响电池性能。 为了避免这些危险，必须通过电池平衡定期均衡串联电池的电压。
被动均衡是最常见的电池电压均衡方法，它需要以更大的功率对电池放电，直到所有电池的电量相等。 串联 AFE 中的无源电池平衡功能可以在外部或内部完成。 外部均衡允许更大的均衡电流，但也会增加 BOM（参见图 4）。
图 4：外部电池平衡
内部均衡不会增加 BOM，但它通常会因散热而将均衡电流限制在较低的值（见图 5）。 选择内部平衡或外部平衡时，需要考虑外部硬件成本和目标平衡电流。
图 5：内部电池平衡
电池平衡的另一个重要因素是物理连接。
AFE 安全特性
如上所述，用于控制系统保护和故障响应的AFE在BMS设计中极为重要。 AFE 必须能够在打开或关闭保护 FET 之前检测到不良情况。
应监测电池和电池组级别的故障，例如过压 (OV)、欠压 (UV)、过流 (OC)、短路 (SC)、过温 (OT) 和欠温 (UT) 故障。 AFE 还可以为某些应用提供其他有益的保护和功能。 例如，自检功能允许 IC 检测其内部 ADC 是否发生故障电池ibms系统，从而防止系统进行错误测量； 增强型看门狗定时器还可确保主 MCU 未响应时的稳健性和安全性。
结语
BMS 监控电池组以保护电池和系统的其余部分。 设计不当的BMS不仅会降低系统的安全性，还会导致电池SOC管理不准确。 这种不准确会对产品的最终质量产生巨大影响，导致潜在的危险故障或导致糟糕用户体验的故障。 为了缓解这些问题，本文阐述了设计人员在BMS设计中应注意的因素和目标。
