摘要：锂离子电池具有储存电能较多、电压较高、寿命较长、便携及环境适应性强等特点，优于镍镉电池、铅酸电池等电池。方便携带的特点，推动了锂离子电池应用范围的扩大，从最初的手机、照相机和笔记本电脑等移动终端设备，到当今的电动汽车、航空航天电源及医疗设备等领域。锂离子电池的使用满足了人类对电池多样化、便捷化的需求。近年来，动力电池技术飞速发展并逐步成熟，在锂离子电池组储能和供能过程中，需使用电池管理系统(BMS)对工作状态进行监测和能量管理。锂离子电池组对安全性要求高、工况复杂，应用过程中的能量控制管理和荷电状态(SOC)估算成为研究热点。
关键词：锂离子电池管;?设计;?《新能源技术与电源管理》;?
一书由西南科技大学新能源测控研究团队完成，主要参编人员有王顺利、于春梅、毕效辉和李小霞等，从新能源测控与电源管理的角度，结合新能源汽车等对动力锂离子电池的技术要求，以锂离子电池应用与电源管理为出发点，对新能源测控与电源管理进行理解和经验总结，对动力锂离子电池管理系统的设计、匹配和应用提供一些技术方面的参考。
1《新能源技术与电源管理》一书共有十个章
第一章为锂离子电池与管理系统概述，简述了锂离子电池的特点、优势、工作原理，并简单介绍了锂离子电池与管理系统。第二章为BMS参数测量与控制策略，主要介绍了电池关键参数的测量、锂离子电池安全保护、锂离子电池组的热管理和常规充电管理等要素。第三章为锂离子电池的状态测定与评价，即对锂离子电池的容量、内阻测定与电池健康状态等进行评价。第四章为锂离子电池的等效建模及参数辨识，主要介绍了锂离子电池的常用等效模型，如Thevenin模型、新一代汽车合作伙伴计划(PNGV)模型及二阶等效模型等常用等效模型，还有相关的参数辨识。第五章为锂离子电池SOC估算方法，介绍了开路电压法、安时积分法、粒子滤波法和卡尔曼滤波法等多种SOC估算方法。第六章为锂离子电池SOC估算设计实例，从静态和动态角度介绍了SOC估算设计实例。第七章为电池组的均衡控制管理，主要介绍了均衡调节的意义，电池组的均衡管理分类及均衡能量的转移策略。第八章为BMS中的控制器局域网(CAN)通信技术，主要介绍了CAN通信技术及研究现状。第九章为BMS集成电路与设计实例，主要介绍了多种BMS集成电路与设计的实例。第十章为锂离子电池性能测试与BMS故障诊断，主要介绍了单体电池与电池组的性能测试、BMS性能测试与故障排除。
2依照《新能源技术与电源管理》一书所述
锂离子电池的应用广泛，但在使用过程中会面临过充、过放或过热等安全及使用问题。各种安全隐患的存在，导致锂离子电池组在使用不当的情况下，有可能失常，甚至会引发电池发热或爆炸。为了获得更高效安全的使用体验，提高电池组的能量利用率并延长使用寿命，需要针对锂离子电池组设计一套完善的BMS。早期的锂离子电池用BMS较为简单，呈现的功能也不够完善，一般只具有监测电池电压、温度和电流及进行简单保护的功能。随着动力锂离子电池越来越多地被应用于如电动汽车这样的大功率设备中，人们对动力锂离子电池用BMS的要求越来越高，需要的功能也越来越强。一般认为，动力锂离子电池用BMS应具有以下几个基本功能:对电池组外部进行参数检测，判断电池组的状况并对剩余电量进行估算，控制电池组的充放电，均衡电池电量，提供与外部设备通信。
目前，电池外部参数的检测技术已日趋成熟，而动力锂离子电池用BMS的研究重点是对电池组的剩余电量进行估计的同时，均衡电池组。一个完整的BMS需要包含多个模块，如数据采集、工作状态估计、均衡充放电管理和电路保护等。
一个完整的BMS需要实现电池SOC的实时在线准确计算、电池组均衡充放电过程中的准确控制，并保证使用的安全，保障电池单体及电池组数据采集的准确性，保证BMS硬件的稳定性，同时还需考虑系统硬件和软件的抗干扰设计，以实现鲁棒性。
从《新能源技术与电源管理》一书的内容可以看出，结合自动管控设备，从安全角度对动力锂离子电池用BMS进行设计，具体设计方案包括电池电路保护设计、电池均衡保护设计和电池模组的热管理设计等。动力锂离子电池在电路保护设计上，需要考虑到过充电保护、过放电保护及过电流短路保护。首先，在过充电保护上，BMS需要对充电时的电量进行控制，特别是要实现对单只电池的电量限制和对总体电量的控制。在对单只电池进行充电时，如果充电时的电压高出规定值，就会导致动力锂离子电池的整体结构不稳定，电池中的电解液就会发生快速分解。在设计BMS要参考锂离子电池的特点。在涉及过充电保护系统时，BMS的保护作用就是在单只电池电压超过规定值后，实现终端的自动充电并自动切换到放电模式。过度放电会导致动力锂离子电池电量亏损，寿命缩短，造成环境污染与资源的浪费，甚至对使用者的人身安全造成威胁。在过放电保护方面，设计BMS时就应当设定一个具有参考意义与实用意义的标准值，在锂离子电池放电超过该值时，保护系统需要启动保护措施，进行放电保护，或是进入电池待机模式，或是结合相关的自动化设备进行充电，以保护锂离子电池。动力锂离子电池保护系统的设计还要考虑到过电流短路的保护。锂离子电池在工作时会发生一系列复杂的化学反应或物理变化，如果对电流的控制不够严密，稍有不慎就会引发电池内部的损坏，轻则缩短电池的使用寿命或造成外部设备的损坏，重则影响人身安全并造成重大损失，因此，动力锂离子电池保护系统的设计需要考虑过电流短路保护，确保电流的稳定性。除动力锂离子电池的电路保护系统外，BMS还需设计电池均衡保护系统。一个动力锂离子电池的电池组包含有多只电池，少则数个，多则数百个。这些电池之间，即使是同等规格、同批次的，多少都会有极其细微的差别。在这样的背景下，如果锂离子电池处于过放电状态，不同电池内部的电压、电阻和电容等参数都会存在有一定的差异。差异一旦扩大，就会导致动力锂离子电池组在工作时出现不稳定状态。为了满足锂离子电池组整体能量的平衡性与协调性，需要在涉及动力锂离子电池用BMS时考虑到电池均衡保护系统。动力锂离子电池用BMS应该具有均衡功能，通过针对不同电池组(数量根据系统匹配，常见的为1～99只)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《新能源技术与电源管理》一书介绍了动力锂离子电池用BMS的发展趋势
首先，随着锂离子电池的大规模使用，电池组对串联的电池数量要求会越来越高，串联的电池数量的增加会增加BMS的复杂度，因此，动力锂离子电池用BMS将会向高度集成化方向发展，从而降低管理难度。其次，BMS的均衡方式将会向非耗能式均衡变化，减少均衡时间，提高均衡效率，采取更加智能的均衡策略，使均衡更加精确。第三，电池组将会采用分布式模块化设计，可以级联且方便扩展，从而构成大型的锂离子电池组。第四，在动力锂离子电池用BMS中，电池组过充、过放保护还应考虑内阻的因素，而不仅仅考虑单体电池端的电压，使得电池保护系统更加精确，可以充分发挥电池的容量，提高电池的利用率，提高用户体验与安全性。最后，在大功率的应用场合，通过与系统其他设备紧密结合(如充电设备、电机控制设备等)相互协调。总之，未来动力锂离子电池用BMS必然会向低功耗方向发展，一方面可以减少BMS的能量消耗，另一方面可以提高锂离子电池组的能量利用率。
4结束语
综上所述，动力锂离子电池具有传统电池所不具有的明显优势，对动力锂离子电池用BMS提出了更高的要求，动力锂离子电池用BMS必须向更加高效、节能与安全的方向发展。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。