本文將介紹針對磷酸鐵鋰電池動力模塊在推廣應用中存在的重要技術問題的軟件解決方案：拋棄原有的用于手機、筆記本電腦的單電芯鋰電池保護技術方案，采用高速多通道數據采集技術設計全新的電池保護監測系統；使用動力電池模塊動態均衡方法，在對電池組模塊進行統一充電的過程中動態地調整模塊內各電芯的充電電流，實現電池組內各串聯電芯的電壓均衡，提高電氣可靠性。

1、磷酸鐵鋰電池保護監測系統設計概述

電池保護監測系統主要依賴于軟件的設計。系統能否正常可靠地工作，除了依賴于硬件的設計之外，功能完善的軟件設計也極其重要。根據鋰電池組保護監測系統要求，系統設計重點實現以下功能：

(1)多通道數據采集的功能：采集電池組的電壓電流值，達到對電池組工作進行實時監測。

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

(3)電池模塊動態均衡：在對電池組模塊進行統一充電的過程中動態地調整模塊內各電芯的充電電流，實現電池組內各串聯電芯的電壓均衡。

本系統基于磷酸鐵鋰電池的特性，綜合國內外動力模塊的保護和監測方案，為國內電動自行車、電動高爾夫球車、電動汽車的應用進行設計。系統硬件設計的重點為動力模塊的數據采集，軟件設計重點在SOC(剩余電量值)的計算以及模塊動態均衡.

2、電壓、電流數據采集

系統采用分布式數據檢i貝0的方式采集電壓以及電流數據，利用掃描方式快速完成電池各模塊電壓的數據采集及總電壓的計算，實現硬件部分分時復用，以降低成本。

3、動力模塊的動態均衡

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

鋰電池動力模塊組的均衡問題是一個世界性的難題，全世界都在研究如何采用方便可行的辦法實現鋰電池的均衡使用。本系統采用旁路電流動態均衡的方法實現磷酸鐵鋰電池動力模塊的充電均衡，技術難點是建立動態均衡的數學模型，研究控制算法。

動力電池組是由多個單體電池串聯組成的電池模塊，由于動力電池組中單個電池容量的不一致，通過若干次充放電循環后電池組會失衡，對系統中的每一組電池都配有這樣一個均衡模塊。

本文通過對鋰電池的多種充電方法分析，系統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。以下是本系統采用的兩種智能充電算法的設計描述。

3.1多段式優化充電算法

多段式智能優化充電方法在充電過程可劃分為起始態、多段恒流態(此處為兩段恒流)、恒壓態等。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，其充電過程可分為起始態、恒流態、恒壓態和均衡充電態。當充電進人均衡階段后，延遲一定時間，認為電池已充滿，充電自動結束。

指標可靠性/h均衡指標/V充放電次數/次輸出功率/A

電動自行車（48V）200000.1由500次提高到1500次100

電動高爾夫球車（48V）250000.1由500次提高到1200次300

純電動汽車（144V）250000.1由500次提高到1200次200

本文基于應用于電動自行車、電動高爾夫球車、電動汽車的磷酸鐵鋰電池，分析其保護監測系統的設計，該系統的特點如下：

(1)拋棄原有的用于手機、筆記本電腦的單電芯鋰電池保護技術方案，采用高速多通道數據采集技術設計全新的電池保護監測系統。

(2)研究鋰電池動力模塊的電壓限值控制曲線，實現電壓控制范圍的自適應調節；計算出鋰電池工作的電壓范圍限值以及合理的充電電流，提高系統的電氣可靠性。

(3)采用專門的電池模塊動態均衡方法，在對電池組模塊進行統一充電的過程中動態地調整模塊內各電芯的充電電流，實現電池組內各串聯電芯的電壓均衡，同時要求成本低，可靠性高。鋰電池保護監測系統是新能源電動車研究的最重要的組成部分，該系統解決了鋰電池應用過程中安全性差、充電一致性差等技術難題。近幾年，磷酸鐵鋰電池動力模塊技術逐漸成熟，有望全面取代鉛酸電池的動力電池產品。與現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、存儲能量大等無可比擬的優點，磷酸鐵鋰電池代替鉛酸電池代表了新能源電動車研究發展的方向。