動力鋰離子電池管理系統設計方案

沈小忠（潮州正龍電池工業有限公司，廣東 潮州 515644）

從上世紀70年代以來，“能源危機”成為全世界范圍內共同關注的話題，尤其隨著世界石油資源的日益減少和汽車工業的高速發展，兩者形成了尖銳的矛盾；諸如汽車、機車以及其他大型機械設備，其動力來源是發動機（內燃機、外燃機），面對日益嚴峻的石油資源危機不得不尋求新的能源。

電能是一種利用率高、轉化率高、無污染的綠色能源形式，相對于石油燃料一次性消耗的特點而言，可以從多種渠道持續獲取，例如，除了傳統石化燃料火力發電之外，還包括風能、水能、太陽能等等，單純地從能源形式來看，電能未來的發展要比石化能源更具有前景。

1 動力鋰離子電池的應用和發展

首先，動力鋰離子電池的應用。動力鋰離子電池是在20世紀出現的新型電源技術，它的研究和發展是具有一定時代科技特征的，前期主要是適用于一些微電子技術產品，例如心臟起搏器、電子報警器等。

隨著計算機技術的發展，各類終端數碼設備大量涌現，如：筆記本電腦、手機、數碼相機、DV等，動力鋰離子電池開始進入大規模應用階段，其中以手機為典型代表，在一定程度上影響了動力鋰離子電池的發展方向。

其次，動力鋰離子電池的發展。動力鋰離子電池的發展呈現出“從小到大”的趨勢，這不僅包括電池規模大小，也包括容量、適用范圍、適用產品等多個方面。就國內而言，無論是研究機構還是產業方面，都在促進動力鋰離子電池代替傳統工業能源的改進，以解決可能出現的能源危機；換而言之，動力鋰離子電池已經從早期的產品適用性的被動局面脫離出來，演變成為能源實用性的角色。未來，圍繞著動力鋰離子電池發展的包括汽車工業、電動車產品、便攜式儀器產品等等。

2 動力鋰離子電池管理系統設計方案

動力鋰離子電池的優勢很明顯，但缺陷也同樣突出。從設計角度來說，為了滿足鋰離子電池的高電壓、高電能以及便攜性等特點，客觀上就必須單位材料的電能效率，造成動力鋰離子電池的材料穩定性差的缺陷；由于這種安全隱患的存在，鋰離子電池一旦使用不當，極容易出現爆噴率失常，引發電池發熱或爆炸。

本文針對于動力鋰離子電池管理系統的設計，主要從安全角度出發，結合自動鋰離子電池管控設備，具體的設計方案如下。

2.1 電池電路保護設計

動力鋰離子電池在電路保護設計上，作者認為要側重三個方面，分別是：過充電保護、過放電保護以及過電流短路保護。

首先，電池管理系統在設計時要實現單節電池電量限制和總體電量控制。參考鋰離子電池特點，在單節電池充電過程中，如果電壓高處規定值，就會導致整體電池結構的不穩定，鋰電池內部的電解液會發生快速分解。因此，系統的保護作用就是在單節電壓超過額定值之后，自動終端充電，且切換到放電模式。

其次，過放電保護與過充電保護是相反的流程，后者是防止過度充電，而前者是防止過度放電，導致鋰離子電池使用壽命縮短。管理系統在設計中給出一個標準值，當過放電超出這一標準之后，自動啟用防電保護，進入電池待機模式或結合自動化設備進行充電。

再次，過電流短路保護。鋰離子電池內部是一系列復雜的物理化學反應，對電流的控制稍有不慎，就會引發鋰電池內部損壞或者造成外部設備短路。電池電路保護設計的目的，就是確保電流穩定性，在使用之前形成短暫的延遲。

2.2 電池均衡保護設計

電池均衡保護設計是滿足電池組的整體能量平衡以及協調性。由于一個鋰離子電池組少則幾個，多則幾百個電池串（節）構成，即便是同等規格的產品，在生產中也會產生微弱的差別。在過放電狀態下，不同電池串（節）內部的電壓、電阻、電容等參數都存在差異，差異性的擴大進而造成不穩定狀態。

動力鋰離子電池管理系統應該具有均衡功能，通過針對不同電池單元（數量根據系統匹配，常見的為1-99節）電池芯的狀態檢測，以繼電器為切換元件，實現不同電池組的能量平衡和轉移。

3 結語

隨著我國經濟發展和科技的進步，新型可代替、可再生能源的需求將會更加旺盛，結合動力鋰離子電池取得的成果，如在電動車產品、電動汽車產品方面的應用，未來的發展前景將會更為廣闊。同時，進入21世紀計算機技術、網絡技術的發展，也進一步擴展了鋰離子電池的應用范圍，多元化發展趨勢將成為下階段的研究課題。

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