电动汽车用锂离子体育容量大、串并联节数多，系统复杂，加之安全性、耐久性、动力性等性能要求高、实现难度大，因此成为影响电动汽车推广普及的瓶颈。锂离子体育安全工作区域受到温度、电压窗口限制，超过该窗口的范围，体育性能就会加速衰减，甚至发生安全问题。
 
为解决体育组串并联中遇到的一系列痛点问题，我和我的团队正在进行体育组BMS动态串联管理技术的研发，该技术与行业内当前普遍应用的BMS技术有很大的区别，主要有以下六点：

 
与市场上的BMS相比，采用动态串联技术实现的产品可以具有15项优势，最主要的优势在于它的高安全性和高可靠性。它的技术优势主要表现在这些方面：
（1）允许单体体育失效：单体体育失效不影响体育组（或体育簇）功能，失效体育模块会被隔离出体育组系统，单体体育失效时体育组只损失少量电量，损失的电量小于5%（只损失容量，不影响输出电压和输出功率），可靠性很高。行业内的体育组一旦发生单体体育失效时，整个体育组（或体育簇）就会无法使用，可靠性较低。
（2）对体育一致性要求降低：对单体体育分容配组很容易实现，体育模块允许容量不一致和荷电状态不一致，并允许新体育模块在线插入到旧体育组系统中使用，维护方便。行业内的体育组对体育一致性要求很高，分容配组后的剩余电芯利用率低，无形中会提高成本，并且不具备体育模块在线更换功能。
（3）最大程度利用每个单体体育的储电量：动态管理功能可以自动弥补不同体育模块之间的容量差异，使每个体育模块在放电时都可以完全释放全部电量，而在充电时则可以保证每个体育模块都能完全充满，其均衡控制方式由于没有损耗，优于市场上的主动均衡。行业内的体育组的储电量存在短板效应，受限于储电最少的单体体育或体育模块，而无法完全利用所有体育的储电能力。
（4）体育组输出电压稳定：由于体育组的串联节数动态变化，会随着单体体育电压不同而改变串联节数，体育组输出电压平台变化范围小，输出稳定，并可以通过软件设置来改变输出电压平台，实现输出电压按需求输出。行业内的体育组（或体育簇）则是固定串联节数，充满时电压高，而在体育组电量低时电压低，输出电压变化幅度很大。


（5）具有多级独立保护功能：体育模块具有二级以上的独立保护功能，整个体育组（或体育簇）具有四级以上的独立保护功能，大大的增加了系统的可靠性。行业内的高压体育组，对体育模块不具有保护功能，只能在体育组（或体育簇）实现保护。
（6）充电电压范围允许非常宽：甚至可以低于体育组标称电压来充电，并实现高效率充电均衡，充电电源不需要精确稳压，也不需要限流功能，简化了充电电源。行业内的体育组由于固定串联节数，充电电压是固定值，适配器需要精确的输出电压控制，并需要有限流功能，在铁锂体育应用时还需要针对均充和浮充设置不同电压。
（7）高效率实现光伏输入最大功率跟踪：当输入电源为光伏发电时，无需光伏控制器来进行电压转换，提高了光伏发电利用率，并可以通过调整体育串联数来轻松实现光伏输入最大功率跟踪。行业内的体育组需要光伏控制器来进行电压转换，增加了光伏控制器成本，光伏控制器会有转换效率上的功能损耗，降低了太阳能利用率并增加了温升。
（8）电源在线可以实现体育组放电：体育组在后备态应用的任何时候都可以进行阻抗跟踪测量，即使在充电电源在线的备电浮充状态也可以使体育组进行放电，以测试体育组健康状态（注：体育组可以通过调整串联工作的模块数量使体育组的输出电压高于充电电源电压来对负载进行放电，例如电源为250V，体育组输出263V电压。）。行业内的体育组由于采用固定串联节数，体育组电压小等于充电电源电压，在充电电源长期在线浮充状态时，难以对体育组进行健康状态测量，使维护成本增加。
（9）分布式电量计算：体育组的SOC和SOH计算为分布式电量计量，并可以带有电流补偿、温度补偿及阻抗跟踪计算，不会因为某个单体体育问题产生瞬间容量大跳变，SOC精确度可以优于3%。行业内体育组SOC计算方式为集中式电量计算，当体育组中某个单体体育劣化时，单体体育的状态直接影响到整个体育组电量，使电量误差增大或瞬间突变，电量计量精度差。
（10）体育模块允许热插拨：系统无需断电可以插入或拨出体育模块，模块热插拨不影响体育组正常功能，允许不同电压、不同容量以及不同荷电状态的体育模块接入系统，可以整批逐个更换体育模块的方式使体育组备电时间大大延长。行业内的体育组（或体育簇）不具备此功能。
（11）适应恒功率放电：在对恒功率负载放电时，由于体育组通过控制体育串联数量保持输出电压稳定，不会产生放电末期电压降低电流翘尾升高现象，在放电末期体育组温升不会急剧升高。行业内的体育组（或体育簇）则是固定串联节数，充满时电压高，而在体育组电量低时电压低，输出电压变化幅度很大，在恒功率负载的放电末期会出现电流翘尾升高，此时体育组内阻也变大，会导致体育组温度迅速上升，不仅影响体育寿命，并可能导致安全性问题。
（12）可以实现双向脉冲充电：在充电状态，当控制体育串联数量使体育组电压低于充电器电压时，体育组为正向充电；当控制体育串联数量使体育组电压高于充电器电压时，体育组会对外部负载放电，从而可以实现双向脉冲充电。双向脉冲充电方式可以消除体育在充电时的极化效应，并能抑制充电时锂枝晶的产生，大大延长体育组的循环寿命。行业内的体育组普遍无此功能。
（13）在高压直流应用时可以实现电压无跳变切换：采用了动态串联技术，无论体育组SOC值高或低，都可以实现始终以恒压方式充电，使体育组电压与电源电压相一致，并能实现自动功率调整，在负载功率大于电源功率时，体育组输出能量；负载功率低于电源时，体育组自动转为充电吸收能量。行业内的高压直流应用的体育组，在电源在线时电压高，若电源切换时体育未充满，就会出现电压大幅度跳变。
（14）可以实现容量微调：体育组可以通过动态串联技术在体育组合结构上实现容量微调，扩展性好，例如，采用20Ah的单体体育，增加20%的动态串联数量，就可以在无需并联情况下可以构成25Ah等效容量的体育组。行业内的体育组无此功能。
（15）可以实现软启动和软关断：通过将体育模块依次顺序串联接入，使串联数量由少到多增加，可以实现输出电压由低到高的软启动；同理，也可以使体育模块依次顺序退出串联，串联数量由多到少，实现输出软关断，减少负载开启或关断瞬间功率器件上的电应力。行业内的体育组无此功能。
 
体育组动态串联技术非常适用于高电压的体育组系统，大大增加系统的安全性和可靠性，可实现体育组的精确电量计量，并使体育组的维护成本更低。
体育组动态串联技术的基本原理在于体育组中体育单元的串联数量是可以变化的，而体育单元又可以被独立接入串联主回路或隔离出来。下图为采用动态串联技术的体育模块的示意图，一个体育组系统可以由多个这种体育模块串联组成。图示所示为4*4S的体育模块，它具有以下技术特点：
1、该体育模块控制4个4S单元的串联接入和退出；
2、每个4S单元具有独立的二级保护功能；
3、每个4S单元在必要时可受控熔断，永久断开；
4、主控系统可控制串联的4S数量。

 
动态串联管理技术由于涉及到浮电位体育电压检测、多模块同步控制、开关电源、高速隔离通信、体育模块与系统的低功耗管理等多种技术，因此实现起来的难度相当大，意昂5是在20年BMS技术经验积累基础上做了许多技术创新和实践验证来最终实现的，从项目技术预研到完成功能样机，就花了2年多的时间。
 
 
 
 
编者注：
俞峰，福建飞毛腿动力科技有限公司总工程师，拥有21年的锂体育行业经验，擅长BMS设计，拥有BMS授权专利20余项。研发的《多节串并联锂离子智能体育》项目于2006年获得省科学技术奖三等奖。2005年，研发了全球第一台锂电为动力的纯电动汽车锂离子体育组，并在韩国汽车展上随整车展出。2007年，研发了国内第一台1U尺寸的48V通信备电用锂离子体育组。
目前，正在带领团队进行体育组BMS动态串联管理技术的研发，目前已完成功能样机。