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摘要：锂离子电池管理系统的作用主要有数据采集、预测电池状态、能量管理、热管理、安全管理、均衡控制。本文对锂离子电池相变材料热管理系统做出了大致的分析说明。
关键词：锂离子电池；相变材料；温度；热管理
1 前言
锂离子电池对充放电电流、充放电截止电压、充放电过程中的温度等都有着相当苛刻的要求，所以对锂离子电池设计性能优良的管理系统很有必要。而以电动自行车、电动摩托车和电动汽车的车载动力电池作为代表的动力锂离子电池对管理系统要求就更加苛刻，这是由于动力锂离子电池管理系统不仅要考虑到每个单体锂离子电池的外特性，不能够让任何一个单体锂离子电池发生过充或者过放的现象，而且还必须考虑到动力锂离子电池组在充放电的过程中每一个单体锂离子电池间电压均衡得到有效的保障。目前使用相变材料对电池进行热管理，能够有效的保证电池单体的电压均衡，延长电池的使用寿命[1]，因此电池的热管理系统问题需要不断提升相应的技术要求以满足使用需求。
2 锂离子电池能量管理系统的功能分析
2.1 数据采集功能
在电池管理系统中，数据采集是评判电池的管理、控制是否妥当的基础条件，数据采集的精确度的高低、采样频率是否合理、数据的过滤特征是否合格是决定电池管理系统性能好坏的决定性因素。根据电池的电压、电流以及温度是不断变化的这一特征，因此采样频率通常应不低于200Hz。不同类型电池对数据采集的要求有所不同。例如，锂离子电池对安全方面要求是相当严格的，同时对电压的变化也是十分敏感的，因此需要采集每一个单体电池相应的电压，并且要监测、记录每一个电池在工作状态下的温度。
2.2 预测电池状态功能
电池状态包括电池电量状态（SOC）和电池健康状态（StateofHealth，SOH）两部分，SOC用来显示电池的剩余容量及预测车辆的续驶里程，SOH用来显示电池的技术状态和预测电池使用寿命。
2.3 能量管理功能
能量管理指的是对电池充放电过程的控制，即设置一个控制电池充电和放电的控制算法，根据电池的SOC、SOH、电压、电流和温度等参数来控制电池的充放电过程。电池保护功能的主要项目和概要如下。
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2.3.1 防止过充电功能
过充电是指超过各单体电池具有的上限充电电压充电。过充电不仅会引起电池性能下降，有时甚至会引起发热或是冒烟等。因此，需要监视各单体电池电压，控制充电电流和再生电流不超越上限电压，坚决杜绝过充电。
2.3.2 防止过放电功能
过放电是指低于单体电池内部使用的化学物质具有的固有下限电压放电。出现过放电时，电池内部会发生异于常态的化学反应，导致内部物质不可逆变化，之后电池就无法再继续使用。因此，必须避免行驶时各单体电池电压低于下限电压，需要实施抑制输出电流的控制。此外，电池在剩余容量少的状态下长期放置时，会自放电，也可能导致过放电，所以点火开关在关闭状态，不在电池管理系统控制之下时，充分确保单体电池自身安全至关重要。
2.3.3 电压均衡功能
把若干单体电池串联连接使用的电动车十分常见。这种情况下，各单体电池的电压不均衡时，电压最低的单体电池会影响整体性能，电池组无法获得应有性能。为改进这种情况，通常多数会在模块管理单元和电池管理单元等中设置电压均衡电路。电池管理系统的主要功能是掌握动力电池的情况，以此信息为基础发出控制信息，发挥动力电池系统的最好性能。动力电池组内的电池模块设置有电子印刷电路板（模块管理单元），测定各种电池信息，给电池管理单元发送信息。使用此模块管理单元测定各单体电池电压和电池模块内温度。。
3 锂离子电池能量管理系统的设计
3.1 锂离子电池的外特征
锂离子电池的外特征是指锂离子电池电压、充放电电流、使用寿命、过充、过放及过温现象，这些外特征是研究和开发动力锂离子电池充电器及其管理系统的基础。
3.2 锂离子电池的建模
电池的建模有着悠久的研究历程，科学家们曾经提出过各种各样的建模形式。锂离子蓄电池在工作时所经过的过程是相当繁琐。锂离子的各种功能跟电解液的特征、存在的活性物质的多少、反应时候的物化情况、充电或者是放电的倍率、反应的温度、荷电的状态、还有内阻等相关因素是紧密相连的，而且还有着相当明显的非线性。在构建锂离子蓄电池的实物之前首先要设计出相应的模型，设计模型主要是为了更好、更直观地对电池的各种特征作出进一步的探究，良好的电池模型最基本的条件就是可以精准地将实物所需要的各种参数间存在的关联体现出来，可以仿造出真实负载所需要的条件。
3.3 锂离子电池充放电设计
一般的锂离子电池的标称电压是3.6V，在充满状态下电压为4.2V，锂离子电池对于充电过度和放电过度都是相当敏感的。锂离子对充电过度还有放电过度敏感的根本原因是为了防止锂离子电池在这些状态下出现短路的情况，对于单体锂离子电池的充电电压一定要按照严格的标准来进行控制。规格不相同的电池所具备的电容量也是有所区别的。锂离子电池在同一电压下，不同电流经过时所产生的充电和放电的性质也是有所区别的，所以，探索根据电池的特征来对其进行合理的充电控制、放电控制、保护形式、提升电池的使用寿命对于我们来说是十分有必要的。
3.4 相变材料热管理
相变材料热管理是一种被动的热管理方式，其在电池单体之间填充相变材料，将电池在充放电过程中产生的热量以相变材料潜热的形式储存起来，从而保证电池组温度场均衡，提升电池的安全性及循环寿命，不需要额外的附加功率，具有非常广阔的发展前景[1]。
4 结束语
总之，对于锂离子电池能量管理系统，必须要定时对电池的电压、电流还有温度进行检测与记录，根据这些所测的数据对电池进行过电压、过电流和过温保护，并根据所测得的电流值和电压值利用安时法和开路电压法对电池的荷电状态进行预测，并采用相变材料的融化或凝固的潜热来保证电池组的温度场均衡。
参考文献
[1]靳鹏超，王世学.一种使用相变材料的新型电动汽车电池热管理系统[J].化工进展，2014，10：2608-2612
[2]王树坤.基于锂离子动力电池的纯电动汽车能量管理体系控制策略与优化[J].哈尔滨工业大学汽车技术学院学报，2017（2）
[3]凡旭国.锂离子电池特性建模与SOC估算算法的研究[J].微型机与应用，2017（2）
论文作者:靳鹏超
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第18期
论文发表时间:2017/12/7
标签：电池论文; 电压论文; 锂离子电池论文; 管理系统论文; 电流论文; 电池组论文; 状态论文; 《建筑学研究前沿》2017年第18期论文;