陈基
上海理工大学 上海 215008
摘要：锂离子电池是电动汽车的首要能源来源。本文主要阐述了动力锂离子电池管理系统的研究现状、动力锂离子电池组其管理系统起到的重要作用和进行的研究现状。动力锂离子电池管理系统研究涉及到多个方面，其中含有在线检测电池组外部参数，SOC估算、电池组运行平衡，并探讨思考动力锂离子电池管理系统研究领域方向、发展方向。
关键词：电动汽车；锂离子电池；电池管理系统；SOC
引言：
受能源危机和环境保护等因素的影响，纯电动汽车因其高能效，无排放，低噪音和各种能源而成为汽车的一种新的交通工具，是该行业的重要研究领域。传统的电动汽车的缺点是行驶里程有限，电池寿命过短以及电池尺寸和质量受限。锂离子电池可以很好地解决上述问题，因此基于锂离子电池的电动汽车越来越受欢迎。随着人们对其广泛关注，锂离子电池汽车增多，但锂离子电池组的应用还需更深入的研究，需要解决问题有电池组的管理等。
一、动力锂离子电池管理系统研究现状
早期的锂离子电池管理系统通常仅具有简单的功能，例如监视电池电压、电池温度、电池电流运输和电池组维护。随着电动汽车的飞速发展，这些大功率设备使用锂电池越来越多，对电池管理系统也日益提高其要求。动力锂离子电池的数值越高，其系统的功能也更强。
1.电池外部参数检测
电池外部参数的检测主要包括电池组的工作电流检测、电池的温度检测和单电的池电压检测。获取参数是了解电池的工作状态的重要途径之一。
2.电压检测
在所有电池参数中，锂离子电池的电压最能反映电池的状态。锂离子电池的过充电和过放电是基于锂离子电池的端电压，除此之外测量端电压来研究锂离子电池的SOC也非常方便。如此可见，实时检测锂离子电池的电压是必不可少的工作项目。当前，一些芯片制造商通过引入专用于锂离子电池组中电压感应的芯片，大大降低了电压感应的复杂性。
3.电流和温度感应
电池组的工作电流和温度也是电池组的重要参数。您可以使用电流来确定是否存在过放电和过电流，还可以通过计算电流和时间的积分来估计电池的SOC。由于动力锂离子电池组中的电流通常相对较大，因此通常使用霍尔电流传感器进行电流检测。
4.SOC检测
电池组的荷电状态简称SOC（荷电状态），也就是我们所说的剩余电量。随着汽车的科技化发展，锂离子电池组应用广泛，首先要注重的就是电池组的SOC的检测，而SOC对电动汽车的行驶范围有很大的影响。再因为电池组具有特殊性，由于诸如工作电流，温度，自放电和电池组的循环数之类的几个因素的影响，难以检测电池组的SOC。
5.SOC检测状态
SOC检测方法目前用开路电压法。开路电压法非常简单，开路电压和电池容量之间存在一定的功能关系。首先检测电池的开路电压，然后取电池的SOC范围，这种方法在充电的初始阶段和最后阶段具有更好的效果，缺点是它的准确性不高，仅适用于静态感应，不适用于在线感应。
6. SOC检测的发展趋势
在当前应用中，简单的开路电压方法通常可用于要求SOC精度相对较低的管理系统，而库仑测量法是要求SOC精度较高的系统的更好选择。库仑测量方法的检测精度得到了提高。因为一部分电池组会出现循环变化现象，从而出现电池老化现象和温度变化，随着现代技术发展卡尔曼滤波方法和神经网络发展的研究会使SOC的检测精度也随之提升。但由于其算法复杂所以尚未具体应用。
7.电池组平衡
电池差异可以通过技术方法减少和消除。选择电池时，一致性更好的电池更具有选择意义，在组合为电池组。它的平均放电容量将为每块电池的最小平均放电容量。除此之外，平衡电路也是保护电池组电池和保持一致的方法。电池组的平衡通常以电压平衡为目标，再由功率平衡来补充。
8.电池组电量平衡的当前状态
当前平衡和管理锂离子电池的方法有两种：耗能发、非耗能方法。其能量消耗类型是电压高于电池组平均电压的电池释放的部分能量，从而使电压接近平均水平。能量消耗的特定类型是单个电池之间或单个电池与整个电池组之间的能量交换或转移。能量传输类型均衡使用能量存储元件将能量从高压电池传输到低压电池。这样，可以使用开关电容器通过将能量从相邻电池传输并将电荷从高压电池传输到低压电池来实现平衡。
9.电池组平衡的发展趋势
在采用平衡法的情况下，由于不符合节能减排政策的能源消耗余额存在能源浪费的问题，将来能源消耗的余额将由非能源消耗的余额代替。大电流、高效率是非常好的均衡方法。其均衡控制策略可选两种，电压均衡和电容均衡，其两种相结合成的智能均衡算法，可以实现更精确的均衡。
二、动力锂离子电池管理系统发展趋势
1.高度集成
随着锂离子电池在电力设备中的使用越来越多，对串联电池的数量的要求也日益增加，并且随着串联电池的数量的增加，电池管理系统的复杂性增加并且管理系统改善。集成度可以减少电路的体积，功耗和成本。当前，许多芯片制造商已经推出了一些锂离子管理芯片，这些芯片非常方便，能够管理十三串电池，并且还可以级联。这样做减少了其复杂性。
2.平衡方式
将平衡方式改为平衡而不是能耗，从而缩短了平衡时间，提高了平衡效率，并采用了更智能的平衡策略，使平衡更加精确。
3.分散式模块化设计
运用分散式模块化的方案，能够便捷扩展和级联，这样做能够形成大型锂离子电池组。在大功率应用中能够与其他部分设备紧密集成。
4.耗能方面
低功耗，减少了管理系统的能耗，改善了电池组的能耗。
5.过放电保护
电池组的过充电和过放电保护考虑了内部电阻以及单个电池的端电压，因此保护更为精确，并且可以充分利用电池容量。
结束语：
锂离子电池比其他电池有许多优点，对电动汽车是一个非常不错的选择。然而，锂离子的安全管理方面是一个重要问题。结合以上在电池外部参数检测方面以及SOC估测、电池组平衡等方面做出了分析，阐述了其发展趋势，也展望了动力锂离子电池管理系统的未来发展方向。
参考文献：
[1]李顶根,邓杰,陈军.电动汽车车载SOC测量及续驶里程的研究[J].工业仪表与自动化装置,2008,(5).91-94,74.
[2]张彩萍,张承宁,李军求.电动车辆动力电池组电压采集电路设计[J].电气应用,2007,(12).91-93.
[3]李顶根,李竟成,李建林.电动汽车锂离子电池能量管理系统研究[J].仪器仪表学报,2007,(8).1522-1527.