动力锂离子电池管理系统设计方案

沈小忠（潮州正龙电池工业有限公司，广东 潮州 515644）

从上世纪70年代以来，“能源危机”成为全世界范围内共同关注的话题，尤其随着世界石油资源的日益减少和汽车工业的高速发展，两者形成了尖锐的矛盾；诸如汽车、机车以及其他大型机械设备，其动力来源是发动机（内燃机、外燃机），面对日益严峻的石油资源危机不得不寻求新的能源。

电能是一种利用率高、转化率高、无污染的绿色能源形式，相对于石油燃料一次性消耗的特点而言，可以从多种渠道持续获取，例如，除了传统石化燃料火力发电之外，还包括风能、水能、太阳能等等，单纯地从能源形式来看，电能未来的发展要比石化能源更具有前景。

1 动力锂离子电池的应用和发展

首先，动力锂离子电池的应用。动力锂离子电池是在20世纪出现的新型电源技术，它的研究和发展是具有一定时代科技特征的，前期主要是适用于一些微电子技术产品，例如心脏起搏器、电子报警器等。

随着计算机技术的发展，各类终端数码设备大量涌现，如：笔记本电脑、手机、数码相机、DV等，动力锂离子电池开始进入大规模应用阶段，其中以手机为典型代表，在一定程度上影响了动力锂离子电池的发展方向。

其次，动力锂离子电池的发展。动力锂离子电池的发展呈现出“从小到大”的趋势，这不仅包括电池规模大小，也包括容量、适用范围、适用产品等多个方面。就国内而言，无论是研究机构还是产业方面，都在促进动力锂离子电池代替传统工业能源的改进，以解决可能出现的能源危机；换而言之，动力锂离子电池已经从早期的产品适用性的被动局面脱离出来，演变成为能源实用性的角色。未来，围绕着动力锂离子电池发展的包括汽车工业、电动车产品、便携式仪器产品等等。

2 动力锂离子电池管理系统设计方案

动力锂离子电池的优势很明显，但缺陷也同样突出。从设计角度来说，为了满足锂离子电池的高电压、高电能以及便携性等特点，客观上就必须单位材料的电能效率，造成动力锂离子电池的材料稳定性差的缺陷；由于这种安全隐患的存在，锂离子电池一旦使用不当，极容易出现爆喷率失常，引发电池发热或爆炸。

本文针对于动力锂离子电池管理系统的设计，主要从安全角度出发，结合自动锂离子电池管控设备，具体的设计方案如下。

2.1 电池电路保护设计

动力锂离子电池在电路保护设计上，作者认为要侧重三个方面，分别是：过充电保护、过放电保护以及过电流短路保护。

首先，电池管理系统在设计时要实现单节电池电量限制和总体电量控制。参考锂离子电池特点，在单节电池充电过程中，如果电压高处规定值，就会导致整体电池结构的不稳定，锂电池内部的电解液会发生快速分解。因此，系统的保护作用就是在单节电压超过额定值之后，自动终端充电，且切换到放电模式。

其次，过放电保护与过充电保护是相反的流程，后者是防止过度充电，而前者是防止过度放电，导致锂离子电池使用寿命缩短。管理系统在设计中给出一个标准值，当过放电超出这一标准之后，自动启用防电保护，进入电池待机模式或结合自动化设备进行充电。

再次，过电流短路保护。锂离子电池内部是一系列复杂的物理化学反应，对电流的控制稍有不慎，就会引发锂电池内部损坏或者造成外部设备短路。电池电路保护设计的目的，就是确保电流稳定性，在使用之前形成短暂的延迟。

2.2 电池均衡保护设计

电池均衡保护设计是满足电池组的整体能量平衡以及协调性。由于一个锂离子电池组少则几个，多则几百个电池串（节）构成，即便是同等规格的产品，在生产中也会产生微弱的差别。在过放电状态下，不同电池串（节）内部的电压、电阻、电容等参数都存在差异，差异性的扩大进而造成不稳定状态。

动力锂离子电池管理系统应该具有均衡功能，通过针对不同电池单元（数量根据系统匹配，常见的为1-99节）电池芯的状态检测，以继电器为切换元件，实现不同电池组的能量平衡和转移。

3 结语

随着我国经济发展和科技的进步，新型可代替、可再生能源的需求将会更加旺盛，结合动力锂离子电池取得的成果，如在电动车产品、电动汽车产品方面的应用，未来的发展前景将会更为广阔。同时，进入21世纪计算机技术、网络技术的发展，也进一步扩展了锂离子电池的应用范围，多元化发展趋势将成为下阶段的研究课题。

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