锂离子电池组管理系统BMS主要功能及关键技术

锂离子电池组管理系统BMS主要功能及关键技术锂离子电池优点是能量密度大，使用寿命长，缺点是“娇气”一旦使用不当，轻者会大幅影响寿命和续行距离等使用效率，重者或不当使用积累的结果会燃烧爆炸。为扬长避短，故使用时必须配能确保安全、高效的使用要求的管理系统BMS。所以，BMS诸功能中，其与使用安全高效直接相关的主要管理功能，应必不可少。了解才能管理，而这些主要管理功能所需的测知锂离子电池动态特征参数的技术，国内外目前尚未解决。故目前的BMS基本没有这些主要管理功能。这一点可从2018年国标“电动汽车用电池管理系统技术条件”征求意见稿的内容可得到左证。稿中除“估算SOC”外还有什么？

某专家说目前锂离子电池燃烧是“被燃烧”。我同意这种观点。我认为造成燃烧的责任主要不在电池，因为知道锂离子电池有可能燃烧这些弱点，才配BMS的。防止这种事故发生本是BMS首要责任，所以燃烧的起因是BMS该管的事没有管，或没有能力管好而造成的。

下面介绍BMS中几个与安全高效使用直接相关的功能及技术。

1、热管理功能：

热管理是BMS安全高效使用的主要管理功能之一，大家也都在做。但因电芯内无法测温度，所以目前的热管理皆是电芯外的热管理。因动力锂离子电池热容量较大，故内外

热平衡迟后时间较长，则可能在较长时间内，电芯内外温差较大。所以单做外热管理可能有安全隐患，应以内管理为主。内管理是测电芯对温度敏感的特征参数为判断依据进行管理，可准确、省时、省电。

在北方使用，若引进内加热技术，可能更省时省电。

2、电芯健康和系统故障检查功能：

使用系统的故障检查包括BMS自检皆有成熟技术可用，而电芯健康检查必须有测知电芯特征参数和深入了解这些参数变化因果关系的技术，否则无法对电芯的健康状况进行检查，目前虽也有其专用名词SOH，但很难找到具体电芯健康的检查内容和方法。我们于2010年前已初步解决了此技术问题，故能进行检查，但还有不满意之处，待后来人。

该检查应是全过程的，即工作前、工作中、工作后BMS 此功能都在工作。当然因情况条件不同三个阶段的检查内容、方法也有所不同。

3、防过充过放：

防过充过放主要解决了以下两个问题：

①改进充电方法：在2003年前，我们发现原规范的四阶段充电方法，非常容易造成过充。恒压是充电器的恒压，也是电池组的恒压，而组中某些电芯的端电压继续上升，甚至会超过充电电压的限制，旧电池组更容易有过充。据此我们于2004年设计制造了世界首台由BMS指挥，充电器是按BMS指令执行充电的充电器。BMS据实际测得电芯参数（当

时主要是端电压）为依据决定充电参数，且只要测到一只电芯充满即为电池组充满的充电管理指令。用此充电方法和充电器进行充电很少发生过充现象。此充电方法于2009年北京国际科博会上公布。因它也解决了充电器的共用问题，又应科技部要求在2010年国家要建充电站的讨论会上做了专题报告，后来，国家锂电池共用充电器的标准，也是以BNS 指挥充电器充电的方法为基础制订的，而不是原来的四阶段。当然各充电站的充电器皆这样做了，不过遗憾的是，有的充电站的充电器，还有恒压充电功能，并把此当作优点在电视台宣传，这是事故的隐患。

①找到充满放完的客观标准：过充、过放、浅充、浅放都是相对充满放完而言，原充满、放完是以设置的限端电压为标准，但此有人为随意性。同一种电池各厂家给出的充电电压和放电电压各不相同，加上影响端电压的因素很多，所以用限端电压值未判断充满、放完是不可靠的。当然用此判断过充、过放或浅充、浅放毕然有问题，则容易导致过充、过放。因此应找可测而又可靠能反映充满、放完电池性能的物理量。我们深入研究发现充电、放电曲线的末端“拐点”，作为锂离子电池充满、放完的标志是可行的。因为从物理学角度分析“拐点”应是“相变点”。经向这方面电化学专家请教，他们认为可以将此“拐点”当作充满、放完的相变点。关于此“拐点”是否是充满放完的相变点，可继续研究讨论，但应用是可靠的。我们在以测知“拐点”坐标参数为基础，

按需要设计BMS充满、放完的实用管理参数，经多年考验效果良好。此技术也于2012年在北京交大等单位公布过。

所谓提高效率是指延长使用寿命、增加续行距离、减少使用维护成本。安全了，使用效率自然就提高了，一般不矛盾。也还有专门提高使用效率的管理功能，今天因会议主题，就不再说了。

下面说一说更重要的事，“估算SOC”。

SOC是描述单节电池电荷状态的无量纲物理量。因为它是电池的各特征参数函数的变量，所以在电池性能研究中是常用的重要物理量。而在电池组使用中，它没有独立使用的意义和必要。目前“估算SOC”也仅是为了代替无法测知的可用电量Q而已，所以“估算SOC”既不是BMS的主要功能，更不是BMS的核心技术。其实电池组根本无法测算SOC，现皆需人为介入，并将测算改为“估算”。更重要的问题是SOC能否代替Q，我去年对此进行了严格的数学论证，作为书面意见给国标起草小组。论证结果是：SOC与Q没有确定的比例关系，存在SOC大而Q小，SOC小而Q大的可能情况，同时放电工作中必然会出现错测，而因此成为事故隐患。加之使用需要知道的是电池组的可用电量Q，而不是电芯的荷状态SOC。故结论是：不能也不该用测算SOC代替测算可用电量Q。更谈不上“估算”SOC了。

有人说“估算电量是世界难题”，其实测算可用电量Q 的技术早已解决，并很精确，也在北京交大公布过。真正的

难题是测知锂离子电池的动态特征参数，它不是简单的应用技术问题，而是跨学科的基础研究问题，很多问题等待解决。

专家们，同行们:我的报告若有错误敬请指出，若有不同观点欢迎提出讨论。

（如有时间谈一谈我对本课题的研发经过和感慨（具体内容另付））

谢谢！

2019、07、17