本文將介紹針對(duì)磷酸鐵鋰電池動(dòng)力模塊在推廣應(yīng)用中存在的重要技術(shù)問題的軟件解決方案：拋棄原有的用于手機(jī)、筆記本電腦的單電芯鋰電池保護(hù)技術(shù)方案，采用高速多通道數(shù)據(jù)采集技術(shù)設(shè)計(jì)全新的電池保護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；使用動(dòng)力電池模塊動(dòng)態(tài)均衡方法，在對(duì)電池組模塊進(jìn)行統(tǒng)一充電的過程中動(dòng)態(tài)地調(diào)整模塊內(nèi)各電芯的充電電流，實(shí)現(xiàn)電池組內(nèi)各串聯(lián)電芯的電壓均衡，提高電氣可靠性。

1、磷酸鐵鋰電池保護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

電池保護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要依賴于軟件的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)能否正常可靠地工作，除了依賴于硬件的設(shè)計(jì)之外，功能完善的軟件設(shè)計(jì)也極其重要。根據(jù)鋰電池組保護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)以下功能：

(1)多通道數(shù)據(jù)采集的功能：采集電池組的電壓電流值，達(dá)到對(duì)電池組工作進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

(2)由采集的模塊數(shù)據(jù)，確定電池的剩余電量(SOC)，及時(shí)提醒用戶充電，提高電池的使用壽命。

(3)電池模塊動(dòng)態(tài)均衡：在對(duì)電池組模塊進(jìn)行統(tǒng)一充電的過程中動(dòng)態(tài)地調(diào)整模塊內(nèi)各電芯的充電電流，實(shí)現(xiàn)電池組內(nèi)各串聯(lián)電芯的電壓均衡。

本系統(tǒng)基于磷酸鐵鋰電池的特性，綜合國內(nèi)外動(dòng)力模塊的保護(hù)和監(jiān)測(cè)方案，為國內(nèi)電動(dòng)自行車、電動(dòng)高爾夫球車、電動(dòng)汽車的應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)為動(dòng)力模塊的數(shù)據(jù)采集，軟件設(shè)計(jì)重點(diǎn)在SOC(剩余電量值)的計(jì)算以及模塊動(dòng)態(tài)均衡.

2、電壓、電流數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)采用分布式數(shù)據(jù)檢i貝0的方式采集電壓以及電流數(shù)據(jù)，利用掃描方式快速完成電池各模塊電壓的數(shù)據(jù)采集及總電壓的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)硬件部分分時(shí)復(fù)用，以降低成本。

3、動(dòng)力模塊的動(dòng)態(tài)均衡

均衡直接影響動(dòng)力模塊的使用壽命。例如在一個(gè)16串的鋰電池動(dòng)力模塊組中，充電時(shí)假如有一個(gè)電芯的電壓達(dá)到3.7V，為了保護(hù)該鋰電池電芯，必須停止充電，此時(shí)假如有不均衡現(xiàn)象存在，如一個(gè)電芯的電壓只有3.0V，該電芯雖然未充滿電，也不能再充了；該動(dòng)力模塊使用時(shí)，由于有一個(gè)電只有3.0V，它將很快耗盡電能，電壓降到極限值以下，為了保護(hù)該鋰電池電芯，必須停止放電。這樣就導(dǎo)致動(dòng)力模塊充電時(shí)電充不進(jìn)去，放電時(shí)電放不出來的不良結(jié)果。

鋰電池動(dòng)力模塊組的均衡問題是一個(gè)世界性的難題，全世界都在研究如何采用方便可行的辦法實(shí)現(xiàn)鋰電池的均衡使用。本系統(tǒng)采用旁路電流動(dòng)態(tài)均衡的方法實(shí)現(xiàn)磷酸鐵鋰電池動(dòng)力模塊的充電均衡，技術(shù)難點(diǎn)是建立動(dòng)態(tài)均衡的數(shù)學(xué)模型，研究控制算法。

動(dòng)力電池組是由多個(gè)單體電池串聯(lián)組成的電池模塊，由于動(dòng)力電池組中單個(gè)電池容量的不一致，通過若干次充放電循環(huán)后電池組會(huì)失衡，對(duì)系統(tǒng)中的每一組電池都配有這樣一個(gè)均衡模塊。

本文通過對(duì)鋰電池的多種充電方法分析，系統(tǒng)采用分段恒壓和恒流的充電方式。但是，在鋰電池充電后期，為了保證電池安全性及其壽命，必須采用恒壓充電。以下是本系統(tǒng)采用的兩種智能充電算法的設(shè)計(jì)描述。

3.1多段式優(yōu)化充電算法

多段式智能優(yōu)化充電方法在充電過程可劃分為起始態(tài)、多段恒流態(tài)(此處為兩段恒流)、恒壓態(tài)等。控制過程及原理簡單，充電初期速度快，充電效率高。

3.2三段式均衡充電算法

采用三段式均衡充電方法時(shí)，其充電過程可分為起始態(tài)、恒流態(tài)、恒壓態(tài)和均衡充電態(tài)。當(dāng)充電進(jìn)人均衡階段后，延遲一定時(shí)間，認(rèn)為電池已充滿，充電自動(dòng)結(jié)束。

指標(biāo)可靠性/h均衡指標(biāo)/V充放電次數(shù)/次輸出功率/A

電動(dòng)自行車（48V）200000.1由500次提高到1500次100

電動(dòng)高爾夫球車（48V）250000.1由500次提高到1200次300

純電動(dòng)汽車（144V）250000.1由500次提高到1200次200

本文基于應(yīng)用于電動(dòng)自行車、電動(dòng)高爾夫球車、電動(dòng)汽車的磷酸鐵鋰電池，分析其保護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)的特點(diǎn)如下：

(1)拋棄原有的用于手機(jī)、筆記本電腦的單電芯鋰電池保護(hù)技術(shù)方案，采用高速多通道數(shù)據(jù)采集技術(shù)設(shè)計(jì)全新的電池保護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

(2)研究鋰電池動(dòng)力模塊的電壓限值控制曲線，實(shí)現(xiàn)電壓控制范圍的自適應(yīng)調(diào)節(jié)；計(jì)算出鋰電池工作的電壓范圍限值以及合理的充電電流，提高系統(tǒng)的電氣可靠性。

(3)采用專門的電池模塊動(dòng)態(tài)均衡方法，在對(duì)電池組模塊進(jìn)行統(tǒng)一充電的過程中動(dòng)態(tài)地調(diào)整模塊內(nèi)各電芯的充電電流，實(shí)現(xiàn)電池組內(nèi)各串聯(lián)電芯的電壓均衡，同時(shí)要求成本低，可靠性高。鋰電池保護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是新能源電動(dòng)車研究的最重要的組成部分，該系統(tǒng)解決了鋰電池應(yīng)用過程中安全性差、充電一致性差等技術(shù)難題。近幾年，磷酸鐵鋰電池動(dòng)力模塊技術(shù)逐漸成熟，有望全面取代鉛酸電池的動(dòng)力電池產(chǎn)品。與現(xiàn)在普遍采用的鉛酸電池相比，磷酸鐵鋰電池具有重量輕、使用壽命長、存儲(chǔ)能量大等無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，磷酸鐵鋰電池代替鉛酸電池代表了新能源電動(dòng)車研究發(fā)展的方向。