我们对动力锂电池组的管理系统

第12届中国北京国际科技产业博览会节能、环保、新能源汽车技术及配套产品推介会报告稿

我们对动力锂电池组的管理系统（BMS）

的认识与看法

公司：深圳市安泰佳科技有限公司

作者：李金印

日期：2009年5月20日

我们对动力锂电池组的管理系统（BMS）认识与看法

（“科博会”报告稿）

一、概述

众所周知，锂电池作动力使用需十几节至几百节的大容量电池串联，其中一节电池若有问题，因安全原因整组电池则不能继续工作，故没有一个功能很强的管理系统是无法推广使用的。但因种种原因，目前国内外市场上尚未见到能达到使用要求满意的产品，故影响锂电池作为动力能源的推广应用。

2006年春我们与国外某知名厂家作该产品的实际演示测试对比，结果该公司的产品远无法达到原订的使用指标要求，在事后交谈中他们也坦诚其无耐。

锂电池虽在特殊条件下有燃烧、爆炸不安全特性存在，但循环使用寿命应是为优的，可是目前国内影响其使用推广的关键问题是使用寿命太短，有的说“低于普通铅酸电池”。如果真是这样，锂电池即危险又短命且价格贵，那还有什么推广价值。我们认为此状况绝非仅是锂电池质量原因，而管理系统功能不完善、不准确及充电技术和充电设备不适应、不配套是关键因素，这也说明管理系统的重要性。我们认为蓄电池中锂电池在目前是最有推广应用价值的，所以，自1999年至今我们投入了大量资金与人力，专门对动力锂电池的管理系统进行研究开发，先后用国内七家多批次电池做了大量的实验。现将我们对管理系统BMS的认识作为意见提供讨论与参考。

二、管理系统BMS应能对每节电池的特征参数进行测算

这项工作确实是困难和复杂的，但应该去做，不了解怎能“管理”。所以，国外对蓄电池机理研究的人至今还很多，他们也给出了一些非常复杂而又不完全相同的数学模型，但采用“类比原理”都可简化成大家熟知的相同“等效”电路

原理图。而由“等效”电路原理图自然可得电池在充电和放电时下列常见的数学表达式。

充电V= u + I(R+r) + V C

放电V= u –I(R+r)- V C

式中R：为电池的电极结点和引线电阻，可认为是已知的常数。

r :为电池的内阻，它是电池的特性参数，同一电池它与其“新旧”和温度等因素有关，是变化量。

I：为通过电池的电流，是回路参数

V C：为电池的等效特性参数“容抗”的子回路的电位差，它与通电电流I大小、方向、变化规律及时间等因素有关。在放电工作中经常V C＞I（R+r），不可忽视。

u ：为电池的特性参数，电动势。

V：为回路参数，电池两端的端电压。

上述关系式对研制管理系统者来说是很有指导意义的。但是现技术只能测量回路参数V，I及时间t和温度T，对电池特性参数u、r及容抗皆无法直接测量，也不能由上式用V、I、t、T求得。故现BMS产品，都几乎皆是将回路参数V代替电池特征参数u。据上式可知：

1、当回路电流I=0，而且长时间为“o”的条件下，V=u

2、当涓充和潺流条件下I很小而且长时间很小时, V≈u

3、在充电、放电过程中，V和u的值差别很大

现BMS产品中皆有防过充、防过放的功能，这是电池特性的要求，而与电回路关系不大。可是若以回路参数V代替电池特性参数u来判断过充或过放，必然会造成随I变化而判新不确定和充电充不满放电放不完大幅度缩短电池使用

寿命等恶果。例如我们有一组10节串联的10Ah电池，新电池其内阻均为10m Ω左右，而循环用二十几次后，其中有一节变为68mΩ，而其他参数变化不大。这组电池虽然有点问题但与容量无关，不影响使用。可是若用一般的BMS来“管理”，此组电池早被误判为寿命终止了。

三、应有适应动力锂电组需求的充电方法和充电器

铅酸电池的充电方法和充电器不适用于动力锂电池组，虽然几乎己为共识，但现实也几乎都还是用铅酸电池的充电方法和充电器，来对动力锂电池充电。不过也有些单位在研究动力锂电池的充电方法和充电器，并取得可喜成绩。

我们的做法是：充电程序存于BMS的软件中，充电器工作完全由BMS指挥控制。充电过程中BMS据已测知的各节电池的即时参数，按安全第一、寿命优先的原则，即时检查电池组中是否有需改变充电电流的电池。若有，则据该节电池需要自动调整充电器的输出电流。

这样充电彻底改变了电池与充电器之间“谁服从谁”的问题，彻底避免了因充电不当而影响电池寿命甚至造成恶性事故现象。但这乃是串联充电方式，必然存在各节电池充电结果不一致的通病。对此我们也研究过多种解决办法，其中较好的办法是“均衡”。

四、大电流充放电双向均衡

对动力锂电池组来说，任何小电流均衡或大电流只做充电均衡而放电不均衡，皆无实际使用意义。若大电流且充放电都均衡，使电池组充电每节电池皆充满而又无过充，放电每节电池都放完而又无过放，才能达到提高续行距离，延长循环使用寿命的目的。不过因技术原因，国内外现尚未见有能用的大电流充放双向均衡的产品，前面提到与国外某公司现场比的一事，就是比大电流均衡功能。

我们的均衡电流一般设计在0.2c～0.3c之间，接近充电电流。这样的均衡

器与我们的充电器配合，由BMS统一指挥，在不增加充电时间的基础上，做到了充电不会发生过充而又都充满的结果，各节之间误差小于±30mv。

充电大电流均衡时应避免出现被均衡电池处在放电状态，而放电被均衡时应避免被均衡电池处在充电状态。否则被均衡的单节电池，相当于循环使用一次。一般来说需放电均衡的单节电池往往每个循环皆需均衡，而且一个循环放电工作中又可能还要多次均衡，故要做到上述要求是必要的，这样则要求BMS应有很强的跟踪和控制功能。

大电流均衡器造价成本比较高，但它可使电池组循环使用寿命延长3至5倍之多，则电池的使用成本将大幅下降。同时将用电设备的故障率大幅降低，而性能大幅提高，何乐而不为。

五、管理系统BMS工作应准确可靠

若BMS工作不可靠，造成的恶果是不言而谕的。因BMS工作环境中干扰源较多且干扰强度大，应充分注意。不过解决干扰问题在技术上并不难。在硬件和软件上综合解决，确保采集的数据可靠准确是能做到的，也是必需做到的，这是BMS工作可靠的基础。

这里想强调说明是软件设计质量对管理系统工作的可靠性特别重要。诸如选用数学模型的准确性、电池性能了解的程度、程序设计的质量、程序运行的可靠性等等。

六、管理系统对各类故障应有检测和处理功能

动力锂电池的安全使用是管理系统的重要任务。而影响使用安全的因素除电池本身而外，还有充电器、用电器及管理系和环境条件等。因此对使用电池安全的管理，绝不是一般做的“防短路、防高温、防反接、防过充、防过放”那么简单，更何况前面已讲过那些所谓防过充、防过放的做法本身就有问题。