王维佳 龙 泽 高 申

1.国家知识产权局专利局

2.中国北方车辆研究所

因为我们的能源越用越慢慢枯竭，我们生存环境在不断恶化，所以我们受到了能源的危机和人们环境保护的愿望强烈要求的因素的影响。所以锂离子电池的产量得到了快速的发展，同时锂离子的应用领域也呈逐渐扩大的趋势，锂离子电池已经慢慢地成为了二十一世纪最具有重要意义的高新技术产品。因为锂离子电池具有很多优点，是其他的电池不能相比的优点，正是由于这些优点的突出，所以人们才对锂离子电池情有独钟。

1 锂离子电池的特性

锂离子电池具有单体工作的电压相对比其他电池高，而且体积相对较小，质量相对较轻，能量密度比其他的电池高，同时它也有一个突出的优点，那就是锂离子电池的循环次数很长。每一个电池都会有自放电这种效应，但是锂离子电池的自放电电流很小，所以可以用在很多的电器上，不会对电子产品造成损害。而且在使用中没有记忆效应的产生，相对其他电池没有污染而且性价比很高。但是任何事物都有两面性，同时锂离子电池也不是没有缺点的一种技术，它的缺点也会表现非常明显，说的可爱一点那就是很娇气，它在使用过程中对环境的温度，充电时的电流和电压都要有严格的控制，如若在使用和充电的过程中稍微有一个不小心，就有可能导致锂离子电池受到一定的损伤，甚至达到报废的严重后果，有时候也会发生燃烧或者爆炸等严重事件。所以我们可以采用通过电池管理系统对电池充电和放电的过程采取静置补充能量等一些有利的管理措施来保证电池。

2 锂离子电池的工作原理

锂离子电池的正极材料采用了锂化合物LiCoO2负极采用了LixC6。锂和碳层间化合物是LixC6，它的电解液是有机溶液。电池是通过正极产生的带着正电的锂离子在负极碳材中的嵌入和迁出从而来实现电池的充放电过程，当放电时锂离子会从正极到达负极，而在充电时把这个状态反过来。在锂离子电池进行充电时，电池的正极上因为化学反应会有锂离子生成，生成的锂离子会经过电解液从而运动到负极。因为负极的碳是层状的结构，所以它会有有很多的小孔，到达负极的锂离子就会进入到碳层的那些微孔中，从而把电能储存在电池里面。锂离子的充电容量是和嵌入负极的锂离子成正比的。当人们对电池进行放电作用时，进入负极的碳层中的锂离子又会脱出，回归到正极。回到正极的锂离子越多，放电容量也就会越高。

3 锂离子电池管理系统特性

锂离子电池管理系统可以时刻检测电池内部的电压和电流等信息。我们可以通过这些电池内部的具体参数来更加的了解电池的信息，判断电池的工作状态。

3.1 在电池的所有的内部参数中，锂离子的时时电压可以很好地反映出锂离子电池的工作状况。锂离子电池的过度充电和过度放电的依据就称为锂离子电池时时的电压值，同时我们也可以通过测量内部的电压值从而初步的估算锂离子电池内部的soc。通过以上的理论我们可以知道，对锂离子电池的时时电压进行精确的检测在锂离子电池管理系统中是十分重要的。在锂离子电池管理系统中，对锂离子电池组的时时电压的检测方法主要是利用电子继电器和电容来做隔离处理，从而检测出锂离子电池的时时电压值。

3.2 锂离子电池管理系统可以时时检测出电池组的温度和电流值，锂离子的电池组工作时的电流和工作温度也会影响锂离子电池的工作状态。所以检测锂离子电池组的温度和电流也是很重要的。我们可以通过判断电流的大小从而得知电池是否出现过放和过流，同时我们还可以通过计算来得出电池内部的soc值，用来检测电流和温度的仪器一般是利用霍尔传感器来实现。

3.3 锂离子电池管理系统可以时时检测出剩余电量。伴随着能源的不断枯竭，锂离子电池组也不断地发展到了各行各业中。最近锂离子电池也在电动汽车中利用的越来越多，所以电池组的剩余电量的时时检测对我们在使用电动汽车时具有很大的影响。因为剩余电量会决定电动汽车的续航里程，如果我们不知道电动汽车的续航里程就会出现车辆半路抛锚等状态的发生。但是由于锂离子电池组的特殊性质，所以剩余电量的多少将会受到很多因素的影响，其中会包括工作电流或者温度以及自放电等因素，所以对锂离子电池组的剩余电量的检测相对比较困难。同时也是锂离子电池组管理系统中的一个缺陷。

4 锂离子电池管理系统的组成和作用

就当前的技术，人们普遍的认为锂离子电池组的管理系统必须应该具有以下的几点功能：对电池的数据进行采集，显示锂离子的剩余容量，通过电气进行控制充电和放电，同时均衡充电的电流，进行热量的时时管理等。基于以上对锂离子电池的管理系统的各项要求，所以锂离子电池管理系统应该要具备的功能应该有系统应该包含的模块有：一、用于消除那些由于电池组中的各个单体电池电量会出现不一致的均衡电路模块；二、用于测量电池的电压和电流和电池内部的时时温度的测量模块；三、用于我们要实现数据时时的传输，所以必须得有模块之间的通信的接口模块，从而对测量的数据进行传输功能。四、用于系统中的各个模块传输过来之后是数字的信号，必须进行处理之后才能让人们看到电池的信息，所以也需要一个处理数据的数据进行处理和监控的管理模块；五、用于人机只有进行交互才能满足人们对电池的信息进行控制，所以人机接口模块也必不可少。

5 锂离子电池管理系统发展趋势

锂离子电池的电池组在不同领域逐渐出现了一些产业化的发展，所以会对锂离子电池的电池组管理系统的要求也会变得越来越高，经过一些时间的考证，本文认为锂离子电池以后的发展的趋势会有以下的几点。

5.1 不论是能量耗散型的管理系统电路还是非耗散型的管理电路，它们都会朝着一个方向发展，那就是尽可能减小能量消耗。因为能源越来越匮乏，所以我们不能浪费能量，节能是未来的主导者。

5.2 在我们的实际应用中，我们应该从生产厂家的角度出发来看待问题，希望应用到设备中的均衡电路的体积小，实现电路尽可能的简单化，从而可以降低成本。目前均衡电路在管理系统中的体积占到一半以上，所以日后如何减少均衡电路的体积和成本成为了研究的重点。

5.3 锂离子电池管理系统的电路的设计应该变得适用性强，不仅可以对不同串数的电池组进行均衡。而且由于使用中电池组的各种不同的组合，所以锂离子电池管理均衡电路的可级联性将成为很重要的因素。今后应该会让管理系统变得简单化和实用。

6 结语

由于锂离子电池具有比能量相对其他电池高、而且输出的功率大、循环寿命比较长等优点，所以锂离子电池在在电动汽车的应用中越来越广泛。伴随着锂离子电池的发展，锂离子电池管理系统也在迅速发展着。锂离子电池管理系统这种技术实现了自己对电池保护、电池的时时监测、剩余电量的准确估算、均衡充电和放电的过程。现在经常使用的均衡电路是电阻均衡或者电容均衡电路，电阻均衡效率低而且产生的热量增加了电池的热管理的难度；针对常用均衡电路均衡效率不好的情况，我们可以利用双向的DC/DC 设计一种选通均衡电路，为我们的锂离子电池管理系统增添一个好的技术。

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