一種新型電池包單體電池電壓測試辦法

摘要：闡述串聯電池包單體電池電壓測試的實際意義。在比較現有測試辦法的基礎上，提出了一種結合開關矩陣和差分放大器的新型單體電池電壓測試辦法，具體設計了相關的電路，并給出試驗結果。相關于目前的單體電池電壓測試辦法，該辦法具有結構簡單，測量精度高等優勢。

一、引言

隨著純電動車及混合動力車的發展，作為緊要儲能設備的串聯電池包是影響整車性能的一個關鍵因素。

延長電池壽命，提高電池的使用效率是電動車商品化、實用化的關鍵。由于水桶效應的存在，串聯電池包的整體性能取決于電池包中性能最差的單體電池，為了能夠對串聯電池包的能量使用進行有效管理，要實時監視串聯電池包中的單體電池狀態。在表征電池狀態的參數中，電池的端電壓最能體現其工作狀態，因此精確采集電池包中各個單體電池電壓十分緊要。

二、現有單體電池測試辦法

目前單體電池電壓測量辦法有許多，緊要可歸納為分壓電阻降壓、浮動地測量、模擬開關選通等幾種辦法，下面就這些辦法做一個分解：

1、電阻分壓法

電阻分壓法緊要是通過電阻分壓將實際電壓衰減到測量芯片可接受的電壓范圍，然后進行模數轉換。U1對應BT1的電壓，Un-1對應從BT1到BTn-1之間的電壓，Un對應整個電池包的電壓，如圖1所示。這種辦法測量方面，成本低，壽命長，但是存在累積誤差，且無法消除。隨著單體電池數的增多，單體電池電壓測量誤差會隨著共模電壓的增大而增大。

圖1電阻分壓辦法

2、浮動地測量法

使用浮動地技術測量電池端電壓時，窗口比較器會自動判斷當前低電位是不是適宜。倘若適宜筆直啟動模數轉換進行測量;倘若太高或太低，則通過微控制器經數模對低電位進行浮動控制使低電位處于適宜的狀態下。該辦法由于低電位常常受現場干擾而變化，不能對低電位進行精確控制，影響整個系統的測量效果。

3、模擬開關法

采用模擬開關的辦法通過模擬開關選擇測量通道，每個通道采用運算放大器組成線性采樣電路。當選中要進行測量的通道后，模擬開關的輸出經電壓跟隨器送入模數轉換器進行模數轉換。該辦法依據串聯電池包總電壓的大小，選擇適當的放大倍數，不必電阻分壓網絡或改變低電位就可以筆直測量任意一只電池的電壓，測量方便。但是該辦法要數量眾多的運放和精密匹配電阻，成本高，且電阻的分散性會導致測量結果分散性較高。

文獻[4]提出采用開關矩陣構建測量電路，該辦法成本低，測量精度高，但是要絕對值電路。文獻[5]采用運算放大器結合繼電器的辦法，可以克服溫漂問題，但是與采用模擬開關的辦法相同，也要大量的運算放大器和繼電器，且繼電器會有壽命問題。

三、新型單體電池電壓測試辦法

1、整體辦法

由于差分放大器可以克服共模信號的干擾，而只對差分信號進行解決。利用開關矩陣把每個單體電池的兩端引出，即可進行端電壓的測量而不受到其它電池的影響。該辦法整體結構如圖2所示，當SB1和SB2閉合時，其它開關都關斷，電池BT1的兩端電位分別接入差分放大器的正端和負端，經過差分放大器放大后送入模數轉換器進行模數轉換;當SB2和SB3閉合而其它開關都關斷時，電池BT2的兩端電位進行差分放大器的正端和負端，依次類推可以測量所有電池包中的單體電池電壓。

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