单节锂电保护研究论文

锂电池保护板的原理就是通过控制IC控制MOS管进行开关、闭合，从而达到保护3C锂电池的作用。锂电池保护板主要是保护3C锂电池不过充、不过放、不过流、不短路的。锂电池保护板的性能和品质都需要通过测试验证，用弹片微针模组做导通电流和传送信号的桥梁，保证锂电池保护板测试时的连接稳定性，能通过50A的大电流传输。

一、保护板的构成

锂电池（可充型）之所以需要保护，是由它本身特性决定的。由于锂电池本身的材料

决定了它不能被过充、过放、过流、短路及超高温充放电，因此锂电池锂电组件总会跟着规定值时，它立刻（数十毫秒）控制MOS开关关断，保护电芯的安全。NTC是Negative temperature coefficient的缩写，意即负温度系数，在环境温度升高时，其阻值降低，使用电设备或充电设备及 时反应、控制内部中断而停止充放电。

ID 存储器常为单线接口存储器，ID是Identification 的缩写即。

身份识别的意思，存储电池种类、生产日期等信息。可起到产品的可追溯和应用的限制。

二、保护板的主要作用

一般要求在-25℃～85℃时Control(IC)检测控制电芯电压与充放电回路的工作电流、电压，在一切正常情况下C-MOS开关管导通，使电芯与保护电路板处于正常工作状态，而当电芯电压或回路中的工作电流超过控制IC中比较电路预设值时，在15～30ms内（不同控制IC与C-MOS有不同的响应时间），将CMOS关断，即关闭电芯放电或充电回路，以保证使用者与电芯的安全。

电池是新能源 汽车 行业的关键？BMS笑了！

在新能源 汽车 发展中，区别于传统燃油 汽车 的动力电池长期向来被视为发展关键。随着技术创新，市场对动力电池的要求也愈发的高，但动力电池安全保障低、使用寿命短、功率小等问题却成为创新瓶颈。此时，电池管理系统(BMS)作为衔接电池组、整车系统和电机的重要纽带，逐渐被企业视为最核心技术。

电池报废问题严重

近年来，随着新能源 汽车 产销量的飙升，动力电池作为新能源 汽车 的心脏也进入高速发展期。据预测，2020年我国新能源 汽车 保有量将达到500万辆，受此利好提振，从2015年起，中国动力电池行业掀起大规模扩产浪潮，期望在市场高速发展中抢夺先机。

在新能源 汽车 迅速增长的直接带动下，2016年动力电池产业也迎来了大幅提升，近八成企业实现了利润增长。其中，净利润增幅同比超过100%的企业达到近50家。但与此同时，动力电池产业“小而散”的格局并没有得到解决，高端产能不足低端产能过剩的问题也在进一步加剧。

数据显示，2016年我国动力电池新增产能是2015年的倍，产量同比仅增长82%。如果这些产能全部释放，我国动力电池产能将达到170GWh/年。进入2017年，受补贴政策等多重因素影响，新能源 汽车 1月销量同比大幅度下滑，动力电池产业也直接受到了影响，行业面临新一轮的整合重组。

此外，中国 汽车 技术研究中心预测，到2020年前后，我国纯电动(含插电式)乘用车和混合动力乘用车动力电池累计报废量将达到12万至17万吨。而2009年到2012年间推广的新能源车，已经进入电池报废期，但目前关于报废电池何去何从的问题却始终没有得到妥善解决。

过度的电池报废有可能使得新能源 汽车 变得不环保，因此关系着新能源 汽车 行业的发展前景。而延迟电池寿命是解决电池报废问题的关键，而BMS就是其中重要的解决方案。

BMS：新能源 汽车 发展的关键

BMS被业内称为新能源 汽车 电池的“大脑”，与动力电池组、整车控制系统共同构成新能源 汽车 的三大核心技术。

在新能源 汽车 运行时需要数十或数百节电池配置成一长串，以产生高达 1000V 或更高的电压。这时，电子系统必须能够从电池组中的每节电池向中央处理点发送信息，也即是说BMS可实现从根源控制串联电池，从而进一步提高整个电池系统的安全性和可靠性。

而就动力电池本身而言，高能量密度特性使其成为新能源车辆的主要动力源，但由于生产工艺、使用环境的差异导致电池组的不一致性在使用过程中逐渐扩大，可能出现过充、过放和局部过热的危险，严重影响电池组的使用寿命和安全。

BMS作为保护动力锂离子电池使用安全的控制系统，时刻监控电池的使用状态，通过必要措施缓解电池组的不一致性，为新能源车辆的使用安全提供保障，并延长动力电池的使用寿命。

在此情况下，有业者表示未来企业可将新能源 汽车 的发展关键从动力电池逐渐落实到电池管理系统。

BMS即将爆发

BMS 是动力和储能电池包中不可或缺的重要部件，其成本平均占据电池组总成本的30%左右。 受益于新能源产业的发展，BMS 的市场规模将快速增长。根据FMI预测，2015 到2025 年全球新能源 汽车 带来的BMS 市场的CAGR 为。

事实上，BMS作为一个细分领域发展不过短短四五年的时间。2012-2013年，整个BMS领域的市场规模仅有1-2亿左右。有些整车厂甚至认为BMS系统只是动力电池的附属品，专业的BMS企业生存艰难。

近年来，随着新能源 汽车 产业的火爆，BMS产业终于站上了国家政策的风口，产业链相关行业对BMS重视程度的不断加大，BMS的竞争愈发激烈。 此外在2015 年11 月， 科技 部发布了2016 年国家“新能源 汽车 ”试点专项文件，其中BMS 被列为重点研究任务。

随着应用规模的扩大，BMS 的电路板和芯片的更新换代速度、量产规模都将逐步提升，BMS 的价格将缓慢下降，预计在2020 年降至目前的80%左右。根据该预测，到2020 年国内新能源 汽车 带来的BMS 需求将超过250 亿元。

BMS技术趋势

2016年至2020年，我国新能源 汽车 产业必将迎来一波汹涌的洗牌潮，以前三五个人有点电气与控制的基础知识，对整车一点都不了解就撸起袖子干BMS的时代已经结束了。从发展趋势来看， 汽车 的整体发展是智能化、电动化的趋势，因此主机厂要求 汽车 电子产品 BMS产品导入ISO26262功能安全标准的要求将是无可避免的。在这过程中BMS企业也必然要积极研究车辆行业的技术需求，与主机厂共同成长。

不过，目前，BMS的身份比较尴尬，主机厂对电池企业提出的控制策略要求，电池企业又转移到BMS团队上。现在的趋势是主机厂的动力总成控制部分会直接对BMS提出策略性的要求，以实现主机厂对整车安全控制的掌控。

参考日本、美国主机厂的经验，未来不排除出现电池企业只需提供电芯单体，主机厂直接进行电池系统集成的可能。还有一个大趋势，就是BMS企业需要与主机厂共同研究PACK技术。

那么到底BMS的市场格局如何?未来BMS有哪些技术趋势呢?为更直观具体的解答BMS未来发展趋势，2017年3月31日，合肥工业大学 汽车 工程技术中心副研究员刘新天作将会在广州增城恒大酒店举办“2017(华南区)新能源 汽车 暨 汽车 充电装置核心技术研讨会”，发表关于《动力锂电池管理系统的发展趋势》的演讲。

刘新天博士，合肥工业大学 汽车 工程技术中心副研究员，从事新能源 汽车 电控系统研究。曾任国轩高科工程研究院副院长，安徽力高新能源技术有限公司总经理，2012年进入合肥工业大学 汽车 工程技术研究院，组建新能源 汽车 电池管理系统团队，主持开发了上汽V80、苏州金龙凌特等多款电动 汽车 的电池管理系统，所开发的电池管理系统产品累计装车量超过10万台套。曾主持新能源 汽车 控制系统相关的省部级 科技 专项、产学研合作项目十余项，累计申报专利37项，其中已授权发明专利7项，发表论文20余篇，其中SCI/EI检索12篇。

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作为从业者之一，这个问题我也是一直在关注。

总的来说，当前情况对于专业的第三方BMS厂家生存比过去更加艰难。有以下几个方面的原因吧：

电芯厂经过激烈的洗牌，格局已经逐渐明朗。强者恒强，弱者更弱的马太效应更加明显。强势电芯厂一般都会有自己的BMS团队，即使主机厂看不上电芯厂的BMS，但是人家电芯价值大阿，捆绑销售有时候主机厂都不得不妥协。

前几年大部分主机厂也都认识到BMS的关键作用，正是因为有这种认识大部分主机厂也都有了自己BMS开发团队。这个时期，主机厂有强烈的自己掌控BMS的欲望。买好的电芯，用自己的BMS。另外，也正因为主机厂的深度参与，导致BMS朝着与其他部件集成度更高的方向走，比如二合一，三合一（VCU，MCU，BMS整合一起）。这种集成度，第三方单独做，不具备这个优势，除非跟主机厂联合开发。

当前专业的第三方BMS要么跟电芯厂，要么跟主机厂有深度的捆绑，才好活一点。因为你的这些合作伙伴很多都变成了竞争对手啊。不是竞争对手的这些电芯厂和主机厂他们自己生存困难，也谈不上给第三方BMS厂家带来业务上的根本提升。

当然也不是说完全没希望了，后补贴时代，经过一段时间的

市场化运营，主机厂自己的BMS只能自己用，你不可能让别的车厂用你的，长期下去，这个运营成本肯定是会高过第三方BMS厂家。最后，有可能还是会让第三方生产，但是可能是共同开发。反正此时主机厂掌握了技术，要的是降本了。对于电芯厂同样会有这个成本问题。假以时日吧，但是第三方能否熬过冬天，等到春天呢？在等待中死亡了也未可知。

用单节锂电池保护板做多节串联使用时会出现以下几个问题。

1：充电:假设某一个电池先达到保护电压，例如B保护板cout充电管保护动作后，内阻为无穷大，这个时候，电流被此管分断开，一般单节锂电池保护板上的场效应管耐压非常低，因此有可能被击穿(但由于充电状态，充电电压减除所有电池电压，一般不会出现超压现象),另外B充电管保护后，充电电压会单一的加在B保护板的VDD端，有可能出现超压，导致B保护板集成块损坏。

2：放电：假设某一个电池先达到保护电压，例如A保护板Dout充电管保护动作后，内阻为无穷大，这个时候，电流被此管分断开,这个时候假设电路里面有6节电池，那么此管会承受高达25V的电压，图上绿色圈内的DOUT场效应管会被软击穿，这样，即使保护动作了，也会有少许几毫安，如果完全损坏，会有很强电流通过，而失去保护作用。另外此管保护后A板V-端到A板上VSS端出现高达25V的反压，v-至VDD端也会出现21V左右反压，完全有可能导致芯片损毁。

锂离子电池的众多优点使其在手提式设备中获得了广泛的应用。但与镍铬、镍氢电池不同的是锂离子电池必须和保护芯片配合使用。本文提出了一种单节锂离子电池保护芯片的设计，此芯片能有效防止锂电池应用中发生过充电、过放电和过电流状态。