动力锂离子电池管理系统设计方案
第七届中Ｉｑｌｒ，ｉ际电池电源系统先进技术与市场高．｛｝研讨会
动力锂离子电池管理系统设计方案
茅海忠
（江苏海四达电源股份有限公司江苏启东２２６２００）
摘要：本文讨论了动力锂电池管理系统的设计方案，以实现对锂电池动力电池组的过充电保护、过放电保护、过流保护和均衡充电等功能。
‘关键词：锂离子动力电池组；管理系统；过流；过放电；过充电均衡控制
引言
锂离子电池的广泛应用已有十多年，但早期
主要用于手机、笔记本电脑、摄像机、ＤＶＤ等一系
Ｎｄ，型移动式电子产品，这些场合往往都单串使
用，负载电流较低，安全系数高。最近两年来，锂
离子电池以其轻便、高能量密度、无污染等特点，
已经开始在电动自行车、电动工具和动力玩具领域
上得到快速应用，并逐步应用于混合动力车和电动
车辆领域。但动力锂离子电池的安全性仍是人们目
前最为关注的问题，所以对其的保护就非常重要。
除了确保锂离子电池自身安全性的持续改进，必须
同时研究电池的管理系统，使电池及其应用能均衡
发展。锂离子电池的保护主要包括过充电保护、过
放电保护、过电流及短路保护等。
４１保护电路的功能
１．１过充电保护
对锂离子电池来说，其充电后单节电芯
最高电压不得超过规定值，否则电池内的电
解质会被分解，使得温度上升并产生气体，降
低电芯的使用寿命，严重时甚至会引起爆炸，
所以保护电路一定要保证绝对不可过度充
电，必须对电池组中每一节电池的端电压进
行监控，当电芯的电压超过设定值时，即激
活过充电保护功能，由保护电路切断充电回
路，中止充电。在电芯电压回归到允许的电
压并解除过充锁定模式时，才能停止保护。
不同材料的锂离子电池其保护电压和释放电
压都有其不同的规定值。
另外，还必须注意因噪声所产生误动
作，为了防止误判和误操作，还要设置过充
保护延时，，并且延迟时间不能短于噪声的持
续时问。当电压持续超过过充检测电压一定
时间以上才会触发过充保护。
１．２过放电保护
第七届中国国际电池电源系统先进技术与市场高峰研讨会
锂离子电池的过度放电，也会缩短其使用寿命，而且对电池造成的损害往往是不可逆的。为了防止锉离子电池的过放电状态，当锂离子电池电压低于其过放电电压检测点时，即激活过放电保护，中止放电，并将电池保持在低静态电流的待机模式，参数设置的类似过充保护。
１．３过电流／短路保护
锂离子电池的最大放电电流有一定限制，过大的放电电流同样会引起锂电池的不可恢复的损坏，影响其使用寿命。
短路保护这个功能其实是过流保护的扩展，若由于外部短路等原因引起的大电流放电时要立刻停止放电，否则对锂电池本身和外部设备都可能会造成严重的损害。
过流保护的延时时间一般至少要几百至毫秒，而短路保护的延时时间是微秒级的，几乎是短路的瞬间就切断了回路，可以避免短路对电池带来的巨大损伤。
就电动工具而言，保护电流值和延时时间的设置还必须和电动工具本身的参数结合起来，否则会影响工具的输出扭矩和电机的寿命。
１．４电池均衡
动力锂离子电池一般都要几串几十串甚至几百串以上，由于电池在生产过程中，从涂膜开始到成为成品要经过很多道工序，即使经过严格的检测程序，使每组电源的电压、电阻、容量一致，但使用一段时间以后，电池内阻、电压、容量等参数产生波动，形成不一致的状态，就会产生这样或那样的差异。这种差异体现为在电池组充满或放完时串联电池芯之间的电压不相同。这种情况下导致在电池组充电的过程中，电压过高的电池：签提早触发电池组过充电保护，而在放电过程中电压过低的电池芯导致电池组过放电保护，从而使电池组的整体容量明显下降，整个电池组体现出来的容量为电池组中性能最差的电池芯的容量，而且使用时很容易发生过充和过放现象，且不易发现，导致提前失效。因此要求保护电路能够完成电池单元的均衡操作，用以从具有较高电压的电池抽取多余的电流，消耗多余的电量，实现电池均衡，最大限度地发挥动力锂电池的效用，延长电池的使用寿命，增加安全性。目前常用的均衡方法有储能均衡和电阻均衡。
储能均衡是利用电池对电感或电容等储能元件的充放电，通过继电器或者开关器件实现储能元件在不均衡电池间的切换，达到电池间的能量转移。这种均衡充电方法一般控制网络复杂，安全性管理要求高，在使用中应注意掌握好储能元件的充放电时间，其最大的优点是充、放电（工作）使用中，都可平衡各单元电池的功能，且不消耗锂离子电池组的电能。
电阻均衡一般是通过控制器控制电阻网络的通断对电池组进行分流均衡，这种方法可以同时对多节电池进行均衡，控制简单。但是均衡过程中如果电组选的过大，则均衡
５
动力锂离子电池管理系统设计方案
作者：茅海忠
作者单位：江苏海四达电源股份有限公司 江苏 启东 226200
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1)根据锂离子动力电池管理系统的功能需求，构建一个嵌入式系统平台，平台处理器采用Intel公司的PXA255，操作系统采用微软公司的Windows CE；
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在锂离子动力电池管理系统的具体实现上，详细介绍了管理系统上、中、下三层的设计过程。特别对层与层之间的通信过程进行了重点介绍。利用锂离子动力电池的充放电实验验证了方案的可行性。
本文链接：https://www.360docs.net/doc/3115366315.html,/Conference_7246371.aspx
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下载时间：2010年12月27日